【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器の電源として使用される蓄電池を充電する充電装置に関し、特に充電時間を表示可能な充電装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートパソコンと称する）等の携帯用電子機器においては、電源として、リチウムイオン電池、ＮｉＣｄ電池、ニッケル水素電池などの２次電池で構成された蓄電池バッテリパックが使用されている。
【０００３】
従来より、かかる蓄電池バッテリパックのバッテリセルを充電する充電装置として種々のものが提案されており、例えば充電中の電池の端子間電圧を監視して充電が完了した際にＬＥＤなどを点灯させるようにしたものや、充電中の蓄電池バッテリセルの充電容量や現在の充電容量での使用可能時間を推定表示するようにしたもの、充電完了までの推定待ち時間を表示するようにしたものなどがある。
さらには、電池自身がＩＣを内蔵し電池の端子電圧変化を検出することにより充電容量を推定して表示する方式を採用した充電装置が実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の充電装置では、充電時間の経過に伴って蓄電池の端子電圧が上昇し、充電完了期に達すると逆に端子電圧が減少する変化、すなわち−ｄＶ／ｄｔを検出して充電完了と判断している。しかしながら、劣化により蓄電池内の電解質の実効量が減少した電池を充電した場合、図４に示すように、正常電池よりも急速に電圧が増加し、その後正常電池と同様な電圧降下を起こすという特性がある。
【０００５】
かかる劣化電池は、正常電池よりも早い段階で正常電池とは同様の−ｄＶ／ｄｔ変化を示すため、充電装置側では、蓄電池側の異常（電池容量の減少）に気づくことなく、充電完了表示を行ってしまうという問題があった（丁度、容量の小さな電池を充電したのと等価の現象となる）。従って、従来の充電装置では、充電が完了したか否かの判定と表示ができるだけで、電池の劣化や、電池が完全に放電し切らないうちに充電を行なうと放電量が減少するいわゆるメモリ効果の発生に気づくことは困難である。
【０００６】
電池の劣化やメモリ効果が発生した場合、現実に充電された充電容量や実際に使用できる実使用可能時間は、上記のような充電完了検知方式の充電装置により表示された充電容量や推定使用可能時間よりも小さくなる。そのため、充電完了となった電池を使用したにもかかわらず、短時間でバッテリ交換が必要となるなどの不具合があった。
【０００７】
また、ユーザは機器を使用して初めて上述した電池の不具合に気づくため、劣化電池を使用していると、重大な支障例えばビデオカメラで撮影している場合に貴重な撮影チャンスを取り逃がしてしまうといった事態を引き起こす場合がある。また、仕事でノートパソコンを使用している場合には、充電時間が短時間になってくるとともに実使用時間が短くなり、突然電池切れ状態となるなど業務に支障をきたすという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、蓄電池の利用可能時間を高い精度で予測するとともに、蓄電池の劣化度合い、寿命等も推定できる充電装置を提供することを目的とする。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明に係わる充電装置は、蓄電池に充電のための直流電流を流したり遮断したりするスイッチング手段と、前記蓄電池の充電電流を検出する充電電流検出手段と、前記蓄電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記充電電流検出手段からの電流や前記電圧検出手段からの電圧に基づいて充電の完了を判定する制御手段と、前記蓄電池への充電を開始した時点からの充電継続時間を計時する計時手段と、充電中であることもしくは充電が完了したことおよび前記計時手段により計時した充電時間を表示可能な表示手段とを備えるようにしたものである。
【００１０】
このような構成によれば、計時手段により蓄電池に対して充電を開始した時からの充電継続時間を計時して表示手段によって表示できるため、蓄電容量と密接な関係を持つパラメータである充電時間を知ることができ、これによって蓄電池の利用可能時間を高い精度で予測したり、蓄電池の劣化度合い、寿命等も推定することができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る充電装置の充電回路の実施形態を示す回路構成図である。
図１に示すように、本実施形態における充電回路１は、蓄電池２の端子間電圧を分圧する抵抗分圧回路７と、直流電圧のプラス側入力端子ＴＭ１に接続され、該端子から供給される直流電圧を蓄電池２の正極に印加したり遮断したりするトランジスタＴｒ３と、該トランジスタＴｒ３を通して流れる電流を電圧に変換するためのセンス抵抗Ｒｓと、該センス抵抗Ｒｓの両端子の電圧を入力とする差動アンプ４と、マイクロコンピュータもしくはマイクロプロセッサ（以下、マイコンと称する）のような制御装置５と、時間を計時するタイマー９と、液晶パネルのような表示部１０と、該表示部１０への表示の制御を行なう表示制御回路８とから構成されている。
【００１２】
上記マイコン５自身および表示制御回路８の電源電圧も上記出力トランジスタＴｒ３および電流検出用抵抗を介して供給される。また、蓄電池２の負極は、マイコン５のグランド端子と共に、この充電回路１のマイナス側入力端子ＴＭ２に接続されている。この充電回路１のプラス側入力端子ＴＭ１及びマイナス側入力端子ＴＭ２は、図示しないＡＣ−ＤＣコンバータのようなＡＣアダプタ電源のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ接続されるように構成されている。
【００１３】
本実施形態の充電回路１に内蔵されるマイコン５には、各種入出力端子が設けられており、充電電流検出入力端子には上記差動アンプ充放電電流検出回路４の出力端子がに接続され、温度検出入力端子には蓄電池２の周辺温度を検出する温度センサ６の出力端子がと接続され、電圧検出入力端子は蓄電池２の端子電圧を検出する電圧検出回路７抵抗分圧回路７の出力端子と接続され、送信用出力端子は表示制御回路８と接続されている。なお、マイコン５の充電電流検出入力端子や温度検出入力端子、電圧検出入力端子等の検出信号のアナログ入力がなされる端子は、アナログ全てＡ／Ｄ入力端子ポートであり、当該マイコン５内にはこれらのアナログ入力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータが内蔵されている。
【００１４】
マイコン５は、差動アンプ４の出力からセンス抵抗Ｒｓに流れる電流を検知し、充電時に流れる電流値を積算して充電電流積算値（Ｑ）を算出し、充電完了等の判定を行なうことができる。抵抗分圧電圧検出回路７は、蓄電池２のプラス端子とマイナス端子との間に直列に接続された抵抗Ｒ１及びＲ２とからで分圧抵抗を構成されており、しこの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗比でにより蓄電池２の端子間電圧を分圧した電圧がマイコン５へ入力される。検出する。この電圧検出回路８からの電圧検出値が、マイコン５の上記電圧検出入力端子に供給されている。従って、当該マイコン５は上記電圧検出入力端子に供給された抵抗分圧電圧検出回路７８からの電圧検出値に基づいて、蓄電池２の端子間電圧を検知計測することができる。また、Ｌｉイオン係電池向けの電圧検知では、蓄電池２を構成する複数の蓄電池セルの個々の電圧検知が必要となるため、蓄電池セル毎にマイコン５との電圧検知用配線が設けられる。
【００１５】
また、温度センサ６は、例えば温度検出用サーミスタ等からなり、蓄電池２に近傍あるいは接して配置されて、この温度センサ６の出力電圧が上記マイコン５の温度検出入力端子に供給される。従って、当該マイコン５は、上記温度検出入力端子に供給された出力電圧に基づいて、蓄電池２の表面もしくは周囲温度を検知計測することができる。
【００１６】
次に、出力トランジスタＴｒ３は例えば電界効果トランジスタからなり、そのゲート端子がマイコン５のスイッチング制御出力端子と接続され、スイッチング制御出力端子からの制御信号レベルが、例えばハイレベルとなったときに、上記トランジスタＴｒ３がオン状態ＯＮとなってプラス側入力端子ＴＭ１からの電流を蓄電池２へ流す。となる。一方、マイコン５のスイッチング制御出力端子からの制御信号レベルが、例えばローレベルとなったときは、上記トランジスタＴｒ３はオフ状態となり蓄電池２への電流を遮断するはＯＦＦとなる。
【００１７】
トランジスタＴｒ３を通して蓄電池２へ供給される充電電流は、センス抵抗Ｒｓによって電圧に変換され、差動アンプ４によって増幅されてマイコン５の充電電流検出入力端子へ入力されるため、マイコン５は、充放電時には常に充電電流検出入力端子のレベルを監視し、これらが一定レベル以上になったている場合には、スイッチング制御出力端子の制御信号レベルをローレベルとしてトランジスタＴｒ３をオフ状態ＯＦＦとする。従って、マイコン５は、当該充電回路１内に流れる電流値を一定レベル以下に抑えることがの範囲で測定可能となる。つまり、過電流を防止することができる。
【００１８】
また、タイマー９は内部にクロックを備えており、マイコン５はタイマー９からの信号に基づいて蓄電池２のに対する充電時間Ｔを計算計数しその計数値（充電累積時間）をクロックカウンタに記録する。なお、充電動作を繰り返すような場合、例えばＴ１時間（例えば５分間）充電し、ｔ１時間（例えば３０秒間）休止するという時分割充電をＮ回行った行う場合は、Ｎ×Ｔ１を実際に充電した実充電時間Ｔとして扱えばよい。さらに、マイコン５は、内蔵あるいは外付けされたＲＡＭやＲＯＭのようなメモリを利用する機能を具備していても良く、これにより、蓄電池２の固体識別情報や充電作業結果、充電効率係数ｈ１（Ｔ）等のデータが記憶され、より高度な蓄電池２の充電管理が可能となる。
【００１９】
次に、本実施形態の充電回路１の動作を説明する。
本実施形態の充電回路１においては、マイコン５が図３に示すようなフローチャートに従って動作することにより、充電中の蓄電池２の現在の充電容量を算出して表示部１０に表示すると共に、充電開始から現在までの累積充電時間を表示部１０に表示する。
【００２０】
図２に示すように、この表示部１０には、現在の累積充電時間２１が分（ｍｉｎ）単位で数字表示されるとともに、現在の充電容量が蓄電池の全容量に対する現在の充電容量の割合をパーセントで示した数字表示２２で表示される。また、蓄電池２の全容量（設定量）２５も数次表示される。
ここで「充電容量」とは、充電電流積算残量Ｓと、蓄電池２の全容量との割合をいい、以下の計算式により求まる。
充電容量＝Ｓ／蓄電池２の全容量
なお、充電電流積算残量Ｓは以下の計算式により求まる。
充電電流積算残量Ｓ ＝（Ｑ−ｇ（Ｗ））×ｈ１（Ｔ）
ここでｇ（Ｗ）は蓄電池２を利用する機器の動作可能最低電圧から完全放電までの放電積算量であり、蓄電池２を利用する機器の消費電力Ｗ に依存している。
【００２１】
この表示部１０の現在の充電容量の割合を示す表示方法としては、図２に符号２３で示すように、例えば電池の形状を模した５段階表示ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを用いて、充電が進行するにつれてａから順にｅまで点灯を追加させていくような表示方法がある。この点灯表示において、現在の充電容量の割合を示す段階表示を点滅するようにしてもよい。例えば充電容量が４０〜６０％のときは表示ａ，ｂを点灯させると共に表示ｃを点滅させるようにしてもよい。
【００２２】
次に、充電回路１の蓄電池２を充電する充電処理について図３のフローチャートに従って、説明する。先ず、充電回路１に図示しないＡＣアダプタにより電源を供給すると共に充電回路１の所定位置（電池ソケット）に充電しようとする蓄電池２を装着する。このとき、マイコン５によりこの装着されている蓄電池２は充電可能な蓄電池かどうかを判断し（ステップＳ１）、例えば乾電池等充電が不可のものならば充電処理を終了する。
【００２３】
一方、装着された蓄電池２が充電可能な電池であると判定したときは、マイコン５は、必要に応じ、この蓄電池の種類、例えば単３形などをメモリに記録する。蓄電池の種類は、充電器自身が直接認識したり、識別情報を通信で蓄電池から受け取ったり、人手で設定情報を入力したりする方法がある。その後、ステップＳ２ に移行してトランジスタＴｒ３をオンさせて蓄電池２に充電電流を供給し、充電を開始した旨を示す信号を表示制御回路８に送信して表示部１０に充電中であることを示す表示ＬＥＤなどの表示部１０を行なうとともにると共に、タイマー９からの信号に基づいてのクロック蓄電池２のによる充電時間の計算計時を開始すさせる。
【００２４】
次に、マイコン５は、電圧検出回路７抵抗分圧回路７および温度センサ６からの入力信号に基づいて充電が完了したか否かおよび充電を継続しても良いか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、Ｎｉ−Ｃｄ系、Ｎｉ−水素系の電池の場合、充電の完了の判定は、充電完了期に発生する蓄電池の端子間電圧に現われる−ｄＶ／ｄｔの変化を検出した際にな送信される。なお、−ｄＶ／ｄｔの変化は、通常の充電装置において充電を開始してから充電時間の経過に伴って端子電圧が上昇し充電完了期に達した際に、逆に端子電圧が減少する現象のことをいう。−ｄＶ／ｄｔの変化を検出して充電完了と判定する代わりに、所定の電圧−ΔＶだけ下がったのを検出した場合に充電完了と判定するようにしてもよい。また、リチウムイオン二次電池系の場合、充電完了の判定は、充電電圧を基本に、充電電流、タイマーを併用して行われる。初期、最大電流を制限しながら充電を開始し、設定電圧到達後は、定電圧充電にいこうする。そして、充電電流が設定電流以下に減少した時点で、充電完了の判定がなされる。
【００２５】
また、マイコン５は、抵抗分圧回路７から入力される蓄電池の端子間電圧に基づいて蓄電池２の性能劣化に繋がる過充電を防止するため充電を中止したり、温度センサ６から入力される信号に基づいて電池温度が所定の温度以上になったような場合にも充電を中止してやいわゆる熱逸走状態による爆発などを未然に防止して安全性を確保する制御も行なう。
【００２６】
ステップＳ３において、充電が完了していないと判定した場合は、マイコン５はタイマー９の図示しないクロックカウンタからの信号に基づいて計算した充電開始から現在までの累積充電時間や差動アンプ４の出力電圧に基づいて検知した電流値を示すデータや蓄電池２の充電効率係数をメモリから読み出し、上述した式から現在における充電容量を算出する。そして、読み出した累積充電時間データとともに算出した充電容量データを表示制御回路８に送信し、表示部１０に累積充電時間を示す数字と充電容量を示す数字を表示させる（ステップＳ４）。それからそして、ステップＳ３へ戻ってに移行して再び充電が完了した否か判定を行ない、充電完了の判定がでるまで同様の処理を所定の周期にて繰り返し行う。
【００２７】
一方、ステップＳ３において、充電が完了したと判定した場合は、マイコン５はステップＳ５へ移行して充電が完了した旨を示す充電完了信号を表示制御回路８に送信し、表示部１０に表示されている充電中であることを示す表示ＬＥＤなどの表示部１０を消灯させると共に、タイマー９のからの信号に基づく累積充電時間の計算クロックによる充電時間の計時を停止すさせる。それから、マイコン５はステップＳ６に移行し、タイマー９からの信号に基づいて計算したの図示しないクロックカウンタから充電開始から充電終了までの最終累積充電時間を示すデータとを読み出すと共に、充電完了時における最終充電容量のを算出し結果を示すデータと、ステップＳ１で認識した蓄電池の種類データとを対応づけてこれら最終充電累積時間と最終充電容量をメモリに格納する（ステップＳ６）。また、これら最終累積充電時間および最終充電容量を示すデータを表示制御回路８に送信し、表示部１０に表示させる。その後、マイコン５は充電処理を終了する。
【００２８】
以上、メモリを利用した高品位の制御を例にとって説明したが、単に充電経過時間を計測、表示する機能に絞ったシステムでも、本来の目的を達成できることは言うまでもない。また、充電の前処理として、蓄電池２内の残留電気を意図的に一定レベルまで放電処理した後に、前記説明の充電処理を施すことにより、より効果的に本発明を利用可能である。
【００２９】
つまり、本実施形態における充電処理では、蓄電池内部にチャージされる総電気量と密接に関係する蓄電池の充電時間を計測、表示することで、当該蓄電池の実充電時間の情報を提供する。このように、蓄電池内部の化学反応物質の実効総量（実充放電で化学反応を生じる総量であって、経時変化や充放電の繰り返しで、次第に減少する）に応じて変化する満充電までの所要時間を計測することにより、蓄電池内部の化学反応物質を酸化・還元しチャージされた総電気量を高い精度で推定することができる。
【００３０】
また、こうして得られた実充電時間情報を、ユーザーあるいは充電装置に付加した判定回路で判断して、蓄電池の実使用可能時間を推定したり、蓄電池の劣化度合いの判定に役立てるようにしてもよい。
例えば、蓄電池の実使用可能時間の推定は、計測した蓄電池の実充電時間に基づき、該蓄電池の充電容量、該蓄電池を使用する特定機器の消費電力Ｗを参照し演算回路などにより演算することにより行ってもよい。
【００３１】
また、蓄電池の劣化状況及び寿命の管理は、計測した蓄電池の実充電時間に基づき、例えば、蓄電池の種類（ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池など）、該蓄電池の充電容量、該蓄電池を使用する特定機器の消費電力Ｗを参照し演算回路などにより演算することにより行ってもよい。
【００３２】
このように本実施形態によれば、蓄電容量と密接な関係を持つパラメータである充電時間を計測、表示することで、当該蓄電池の実充電時間の情報を提供できるため、実使用可能時間の予測精度に優れた簡易な構造の充電装置システムを実現することができる。従って、この充電装置システムを利用した高信頼、かつ、使い勝手のよいビデオカメラ、ディジタルカメラ、ノートパソコン、電動機能を持つ玩具その他の二次電池利用機器を提供できる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、その主旨を逸脱しない範囲内において変更して実施することができる。例えば、充電可能な複数の蓄電池に個々の識別コードを付与し、この識別コードに対応づけて蓄電池毎に個別の充電時間情報をメモリに記録するようにしてもよい。
【００３４】
また、蓄電池の種類ごとに初期の電池の充電容量を予めメモリに記憶させておき、これに対応付けて最初の充電時間を記憶させ、その後充電を行うごとに充電時間の変遷を記録させ充電時間の減少の程度を表示するようにしてもよい。これによりユーザは、以前の充電、例えば１ヶ月前と比べて充電時間がどの程度減少しているかにより蓄電池がどの程度劣化しているかを判定できる。従って、ユーザは予備電池の事前手配などを効率的に行え、機器を安定して使用できるようになる。
【００３５】
また、充電時間が減少する変遷を記録しこの変位に基づいて蓄電池の種類、充電容量、蓄電池を使用する特定機器の消費電力Ｗ等を参照し演算することにより、蓄電池の劣化により減少する充電容量の変遷を算出して推定表示するようにしてもよい。さらに、前記実施形態においては、実充電時間および充電容量を表示部に表示する構成としたが、算出した総電荷量を表示させるようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に係わる充電装置によれば、計時手段により蓄電池に対して充電を開始した時から充電中の任意の時または充電完了時までの充電時間を計時し表示手段により表示でき、蓄電容量と密接な関係を持つパラメータである充電時間を計測、表示可能となり当該蓄電池の実充電時間を提供できるため、ユーザはこの実充電時間から実使用可能時間を精度良く予測することができる。
【００３７】
また、本発明に係わる充電装置によれば、充電手段で充電を行うごとに充電時間を記憶でき、表示手段は記憶された複数の充電時間を充電が行われた時刻と対応づけて表示できるため、ユーザは充電時間が減少していく変遷から蓄電池の劣化状況及び寿命を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充電装置の充電回路の一実施例を示す回路構成図である。
【図２】図１の表示部１０における現在の累積充電時間、充電容量および蓄電池の全容量に対する充電容量の割合の表示例を示す図である。
【図３】図１の充電回路１において行われる充電処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】充電装置における充電時間と蓄電池の端子間電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 充電回路
２ 蓄電池
４ 差動アンプ充放電電流検出回路
５ マイコン
６ 温度センサ
７ 抵抗分圧回路電圧検出回路
８ 表示制御回路
９ タイマー
１０ 表示部
Ｔｒ３ スイッチトランジスタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device for charging a storage battery used as a power source for various electronic devices, and more particularly to a technology effective when applied to a charging device capable of displaying a charging time.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In portable electronic devices such as a video camera, a mobile phone, and a notebook personal computer (hereinafter, referred to as a notebook personal computer), a storage battery including a secondary battery such as a lithium ion battery, a NiCd battery, or a nickel hydrogen battery is used as a power supply. Battery pack is used.
[0003]
Conventionally, various charging devices have been proposed as charging devices for charging battery cells of such storage battery packs. For example, a voltage between terminals of a battery being charged is monitored, and an LED or the like is turned on when charging is completed. And the estimated display time of the charge capacity of the storage battery cell being charged and the available time at the current charge capacity, and the display of the estimated waiting time until the completion of charging, etc. .
Further, a charging device that employs a method of estimating and displaying a charged capacity by detecting a change in terminal voltage of a battery by incorporating a battery in the IC itself has been put to practical use.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional charging device, the terminal voltage of the storage battery increases with the elapse of the charging time, and when the charging completion period is reached, the terminal voltage decreases, that is, -dV / dt is detected, and it is determined that the charging is completed. ing. However, when a battery whose effective amount of electrolyte in the storage battery is reduced due to deterioration is charged, as shown in FIG. 4, the voltage increases more rapidly than in a normal battery, and then a voltage drop similar to that of a normal battery occurs. There is.
[0005]
Such a deteriorated battery shows the same -dV / dt change as the normal battery at an earlier stage than the normal battery, so that the charging device side displays the charge completion without noticing the abnormality (reduction in battery capacity) on the storage battery side. (This is a phenomenon equivalent to charging a small-capacity battery). Therefore, the conventional charging device can only determine and display whether or not charging has been completed, and also has a so-called memory effect in which the battery is deteriorated and the amount of discharge is reduced if the charging is performed before the battery is completely discharged. It is difficult to notice the occurrence.
[0006]
In the event of battery deterioration or memory effect, the actual charged capacity and the actual usable time that can be used are calculated based on the charging capacity indicated by the above-mentioned charging completion detection type charging device and the estimated usable capacity. Less than time. For this reason, there is a problem that the battery needs to be replaced in a short time even though the charged battery is used.
[0007]
In addition, since the user notices the above-described battery failure for the first time using the device, if a deteriorated battery is used, a serious obstacle such as missing a valuable shooting opportunity when shooting with a video camera may be missed. May cause things to happen. In addition, when a notebook computer is used at work, there is a problem that the charging time is shortened and the actual use time is shortened, which causes a problem such as suddenly running out of battery, which hinders the work.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a charging device capable of predicting a usable time of a storage battery with high accuracy and estimating a deterioration degree, a life, and the like of the storage battery. And
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The outline of a representative invention among the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
That is, the charging device according to the present invention includes a switching unit that supplies or interrupts a DC current for charging to the storage battery, a charging current detection unit that detects a charging current of the storage battery, and a voltage between terminals of the storage battery. Voltage detecting means for detecting, control means for judging completion of charging based on current from the charging current detecting means and voltage from the voltage detecting means, and a charging continuation time from the time when charging of the storage battery is started. , And display means capable of displaying that charging is being performed or that charging has been completed, and the charging time measured by the timing means.
[0010]
According to such a configuration, the charging time, which is a parameter closely related to the storage capacity, can be displayed by the display unit by measuring the charging duration time from when charging of the storage battery is started by the timing unit. As a result, the available time of the storage battery can be predicted with high accuracy, and the degree of deterioration and life of the storage battery can be estimated.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a charging circuit of the charging apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the charging circuit 1 according to the present embodiment is connected to a resistance voltage dividing circuit 7 for dividing a voltage between terminals of the storage battery 2 and a DC voltage positive input terminal TM1, and supplied from the terminal. A transistor Tr3 for applying or blocking a DC voltage to the positive electrode of the storage battery 2, a sense resistor Rs for converting a current flowing through the transistor Tr3 into a voltage, and voltages at both terminals of the sense resistor Rs are input. A differential amplifier 4, a control device 5 such as a microcomputer or a microprocessor (hereinafter, referred to as a microcomputer), a timer 9 for measuring time, a display unit 10 such as a liquid crystal panel, and a And a display control circuit 8 for controlling display.
[0012]
The power supply voltages of the microcomputer 5 itself and the display control circuit 8 are also supplied through the output transistor Tr3 and the current detecting resistor. The negative electrode of the storage battery 2 is connected to the negative terminal TM2 of the charging circuit 1 together with the ground terminal of the microcomputer 5. The positive input terminal TM1 and the negative input terminal TM2 of the charging circuit 1 are configured to be connected to a positive terminal and a negative terminal of an AC adapter power supply such as an AC-DC converter (not shown), respectively.
[0013]
The microcomputer 5 built in the charging circuit 1 of this embodiment is provided with various input / output terminals, and the charging current detection input terminal is connected to the output terminal of the differential amplifier charge / discharge current detection circuit 4. The temperature detection input terminal is connected to the output terminal of a temperature sensor 6 for detecting the ambient temperature of the storage battery 2, and the voltage detection input terminal is a voltage detection circuit 7 for detecting the terminal voltage of the storage battery 2, the output of a resistance voltage dividing circuit 7 The output terminal for transmission is connected to the display control circuit 8. Note that all terminals for analog input of detection signals, such as a charging current detection input terminal, a temperature detection input terminal, and a voltage detection input terminal, of the microcomputer 5 are all analog A / D input terminal ports. An A / D converter for converting these analog inputs into digital signals is built in.
[0014]
The microcomputer 5 detects a current flowing through the sense resistor Rs from an output of the differential amplifier 4, calculates a charging current integrated value (Q) by integrating current values flowing during charging, and determines whether charging is completed or not. it can. The resistance-divided voltage detection circuit 7 is composed of resistors R1 and R2 connected in series between the plus terminal and the minus terminal of the storage battery 2, and constitutes a voltage-dividing resistor. The voltage obtained by dividing the voltage between the terminals of the storage battery 2 by the resistance ratio is input to the microcomputer 5. To detect. A voltage detection value from the voltage detection circuit 8 is supplied to the voltage detection input terminal of the microcomputer 5. Therefore, the microcomputer 5 can detect and measure the voltage between the terminals of the storage battery 2 based on the detected voltage value from the resistance divided voltage detection circuit 78 supplied to the voltage detection input terminal. Further, in the voltage detection for the Li-ion battery, it is necessary to detect the individual voltages of a plurality of storage cells constituting the storage battery 2, and thus a voltage detection wiring with the microcomputer 5 is provided for each storage battery cell.
[0015]
The temperature sensor 6 is composed of, for example, a thermistor for temperature detection, and is disposed near or in contact with the storage battery 2. The output voltage of the temperature sensor 6 is supplied to the temperature detection input terminal of the microcomputer 5. Therefore, the microcomputer 5 can detect and measure the surface or ambient temperature of the storage battery 2 based on the output voltage supplied to the temperature detection input terminal.
[0016]
Next, the output transistor Tr3 is made of, for example, a field-effect transistor, and its gate terminal is connected to the switching control output terminal of the microcomputer 5, and when the control signal level from the switching control output terminal becomes high level, for example, The transistor Tr3 is turned on and the current from the plus side input terminal TM1 flows to the storage battery 2. It becomes. On the other hand, when the control signal level from the switching control output terminal of the microcomputer 5 becomes, for example, a low level, the transistor Tr3 is turned off and the current to the storage battery 2 is cut off.
[0017]
The charge current supplied to the storage battery 2 through the transistor Tr3 is converted into a voltage by the sense resistor Rs, amplified by the differential amplifier 4 and input to the charge current detection input terminal of the microcomputer 5, so that the microcomputer 5 Sometimes, the level of the charging current detection input terminal is constantly monitored, and when these levels are equal to or higher than a certain level, the control signal level of the switching control output terminal is set to low level to turn off the transistor Tr3. Therefore, the microcomputer 5 can perform measurement within a range where the value of the current flowing in the charging circuit 1 can be suppressed to a certain level or less. That is, overcurrent can be prevented.
[0018]
The timer 9 has a clock therein, and the microcomputer 5 calculates and counts a charging time T for the storage battery 2 based on a signal from the timer 9 and records the counted value (accumulated charging time) in a clock counter. In the case where the charging operation is repeated, for example, when charging is performed for T1 times (for example, 5 minutes) and time-division charging for pausing for t1 time (for example, 30 seconds) is performed N times, N × T1 is actually charged. It may be handled as the actual charging time T obtained. Further, the microcomputer 5 may have a function of using a memory such as a built-in or an externally attached RAM or ROM, whereby the solid-state identification information of the storage battery 2, the charging operation result, and the charging efficiency coefficient h1 ( T) is stored, and more advanced charge management of the storage battery 2 can be performed.
[0019]
Next, the operation of the charging circuit 1 of the present embodiment will be described.
In the charging circuit 1 of the present embodiment, the microcomputer 5 operates according to the flowchart shown in FIG. 3 to calculate and display the current charging capacity of the storage battery 2 being charged on the display unit 10 and to start charging. Is displayed on the display unit 10.
[0020]
As shown in FIG. 2, the display section 10 displays the current cumulative charging time 21 in units of minutes (min), and displays the current charging capacity as a ratio of the current charging capacity to the total capacity of the storage battery. It is displayed in a numerical display 22 in percent. Further, the total capacity (set amount) 25 of the storage battery 2 is also displayed several times.
Here, the “charge capacity” refers to the ratio of the accumulated remaining charge current S to the total capacity of the storage battery 2 and is determined by the following formula.
Charge capacity = S / total capacity of the storage battery 2. Note that the charge current integrated remaining amount S is obtained by the following formula.
Charge current integrated remaining amount S = (Q−g (W)) × h1 (T)
Here, g (W) is the integrated discharge amount from the minimum operable voltage of the device using the storage battery 2 to the complete discharge, and depends on the power consumption W 1 of the device using the storage battery 2.
[0021]
As a display method for indicating the current charge capacity ratio on the display unit 10, as indicated by reference numeral 23 in FIG. 2, for example, a five-stage display a, b, c, d, and e imitating the shape of a battery is used. There is a display method in which lighting is sequentially added from a to e as charging progresses. In this lighting display, a step display indicating the current charge capacity ratio may be blinked. For example, when the charge capacity is 40% to 60%, the displays a and b may be turned on and the display c may blink.
[0022]
Next, a charging process for charging the storage battery 2 of the charging circuit 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, power is supplied to the charging circuit 1 from an AC adapter (not shown), and a storage battery 2 to be charged is mounted at a predetermined position (battery socket) of the charging circuit 1. At this time, the microcomputer 5 determines whether or not the attached storage battery 2 is a rechargeable storage battery (step S1). If charging is impossible such as a dry battery, the charging process is terminated.
[0023]
On the other hand, when it is determined that the attached storage battery 2 is a rechargeable battery, the microcomputer 5 records the type of the storage battery, for example, AA type, in the memory as necessary. As the type of the storage battery, there is a method in which the charger itself directly recognizes the battery, receives identification information from the storage battery through communication, or inputs setting information manually. Thereafter, the process proceeds to step S2, in which the transistor Tr3 is turned on to supply a charging current to the storage battery 2, and a signal indicating that charging has been started is transmitted to the display control circuit 8 to indicate that the display unit 10 is being charged. A display unit 10 such as a display LED shown is performed, and at the same time, calculation of the charging time of the clock storage battery 2 based on a signal from the timer 9 is started.
[0024]
Next, the microcomputer 5 determines whether or not the charging is completed and whether or not the charging can be continued based on the input signals from the voltage detection circuit 7 and the resistance voltage dividing circuit 7 and the temperature sensor 6 (step S1). S3). Here, in the case of Ni-Cd-based or Ni-hydrogen-based batteries, the completion of charging is determined when a change in -dV / dt that appears in the inter-terminal voltage of the storage battery during the charging completion period is detected. Is done. The change in -dV / dt is a phenomenon in which the terminal voltage increases with the lapse of charging time from the start of charging in a normal charging device and the terminal voltage decreases when the charging completion period is reached. Means Instead of detecting a change in −dV / dt and determining that charging is completed, charging may be determined to be completed when it is detected that the voltage has dropped by a predetermined voltage −ΔV. In the case of a lithium ion secondary battery system, the determination of the completion of charging is performed based on the charging voltage, using the charging current and the timer together. Initially, charging is started while limiting the maximum current, and after reaching the set voltage, the system proceeds to constant voltage charging. Then, when the charging current decreases below the set current, it is determined that the charging is completed.
[0025]
Also, the microcomputer 5 stops charging to prevent overcharging which leads to performance degradation of the storage battery 2 based on the voltage between the terminals of the storage battery input from the resistance voltage dividing circuit 7, and a signal input from the temperature sensor 6. In the case where the battery temperature becomes equal to or higher than a predetermined temperature, charging is stopped, and control for ensuring safety by preventing explosion due to a so-called thermal runaway state is also performed.
[0026]
If it is determined in step S3 that the charging has not been completed, the microcomputer 5 calculates the accumulated charging time from the start of charging to the present time calculated based on a signal from a clock counter (not shown) of the timer 9 and the output of the differential amplifier 4. Data indicating the current value detected based on the voltage and the charging efficiency coefficient of the storage battery 2 are read from the memory, and the current charging capacity is calculated from the above-described equation. Then, the calculated charging capacity data is transmitted to the display control circuit 8 together with the read-out cumulative charging time data, and the display unit 10 displays a number indicating the cumulative charging time and a number indicating the charging capacity (step S4). Then, the process returns to step S3 to determine whether or not the charging is completed again, and the same process is repeated at a predetermined cycle until the determination of the completion of charging is made.
[0027]
On the other hand, if it is determined in step S3 that the charging has been completed, the microcomputer 5 proceeds to step S5, transmits a charging completion signal indicating that the charging has been completed to the display control circuit 8, and is displayed on the display unit 10. The display unit 10 such as a display LED indicating that the charging is being performed is turned off, and the counting of the charging time by the clock for calculating the cumulative charging time based on the signal from the timer 9 is stopped. Then, the microcomputer 5 proceeds to step S6, reads data indicating the final accumulated charging time from the start of charging to the end of charging from a clock counter (not shown) calculated based on the signal from the timer 9, and reads the data when charging is completed. The final charging capacity is calculated, and the data indicating the result is associated with the storage battery type data recognized in step S1, and the final charging cumulative time and the final charging capacity are stored in the memory (step S6). Further, data indicating the final accumulated charging time and the final charging capacity is transmitted to the display control circuit 8 and displayed on the display unit 10. Thereafter, the microcomputer 5 ends the charging process.
[0028]
As described above, the high-quality control using the memory has been described as an example. However, it is needless to say that the original purpose can be achieved even with a system that focuses on the function of simply measuring and displaying the elapsed charging time. Further, the present invention can be used more effectively by performing the charging process described above after intentionally discharging the residual electricity in the storage battery 2 to a certain level as a pre-process of charging.
[0029]
That is, in the charging process according to the present embodiment, information on the actual charging time of the storage battery is provided by measuring and displaying the charging time of the storage battery that is closely related to the total amount of electricity charged inside the storage battery. In this way, the effective total amount of the chemical reactants in the storage battery (the total amount that causes a chemical reaction in actual charge / discharge, and gradually decreases with aging or repeated charge / discharge) changes to the full charge required By measuring the time, the total amount of electricity charged by oxidizing and reducing the chemically reactive substance inside the storage battery can be estimated with high accuracy.
[0030]
Further, the actual charging time information thus obtained may be determined by a user or a determination circuit added to the charging device to estimate the actual usable time of the storage battery or to determine the degree of deterioration of the storage battery. .
For example, the estimation of the actual usable time of the storage battery is based on the measured actual charging time of the storage battery, and is calculated by an arithmetic circuit or the like with reference to the charging capacity of the storage battery and the power consumption W of a specific device using the storage battery. May go.
[0031]
In addition, the management of the deterioration state and the life of the storage battery is based on the measured actual charging time of the storage battery, for example, the type of the storage battery (nickel / cadmium storage battery, nickel / hydrogen storage battery, lead storage battery, lithium ion secondary battery, etc.) The calculation may be performed by an arithmetic circuit or the like with reference to the charge capacity of the storage battery and the power consumption W of a specific device using the storage battery.
[0032]
As described above, according to the present embodiment, by measuring and displaying the charging time, which is a parameter closely related to the storage capacity, information on the actual charging time of the storage battery can be provided. It is possible to realize a charging device system having a simple structure with excellent accuracy. Therefore, it is possible to provide a highly reliable and easy-to-use video camera, digital camera, notebook computer, toy having an electric function, and other devices using a secondary battery using the charging system.
[0033]
As described above, the embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with modifications without departing from the gist thereof. For example, individual identification codes may be assigned to a plurality of rechargeable storage batteries, and individual charging time information for each storage battery may be recorded in the memory in association with the identification codes.
[0034]
In addition, the initial charge capacity of the battery is stored in the memory in advance for each type of storage battery, and the initial charge time is stored in association with the initial charge capacity. May be displayed. Thus, the user can determine how much the storage battery has deteriorated based on how much the charging time has decreased compared to the previous charging, for example, one month ago. Therefore, the user can efficiently arrange the spare battery in advance and use the device stably.
[0035]
In addition, the change in the charging time is recorded, and based on the displacement, the type of the storage battery, the charging capacity, the power consumption W of the specific device using the storage battery, and the like are referred to and calculated. May be calculated and estimated and displayed. Further, in the above-described embodiment, the actual charging time and the charging capacity are displayed on the display unit. However, the calculated total charge amount may be displayed.
[0036]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
That is, according to the charging device of the present invention, the charging time from when charging of the storage battery is started by the timing means to any time during charging or to completion of charging can be measured and displayed by the display means, and the storage capacity can be displayed. Since the charging time, which is a parameter closely related to the storage battery, can be measured and displayed, and the actual charging time of the storage battery can be provided, the user can accurately predict the actual usable time from the actual charging time.
[0037]
According to the charging device of the present invention, the charging time can be stored each time charging is performed by the charging unit, and the display unit can display the stored plurality of charging times in association with the time at which the charging was performed. In addition, the user can estimate the state of deterioration and the life of the storage battery from the transition in which the charging time decreases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a charging circuit of a charging device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a display example of a current accumulated charging time, a charged capacity, and a ratio of a charged capacity to a total capacity of a storage battery on a display unit 10 of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure of a charging process performed in the charging circuit 1 of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a charging time in a charging device and a voltage between terminals of a storage battery.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 charging circuit 2 storage battery 4 differential amplifier charging / discharging current detection circuit 5 microcomputer 6 temperature sensor 7 resistance voltage dividing circuit voltage detection circuit 8 display control circuit 9 timer 10 display section Tr3 switch transistor
