JP2005094974A - Charging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、二次電池の温度に基づいてその二次電池の充電を制御する充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device that controls charging of a secondary battery based on the temperature of the secondary battery.
従来から二次電池の温度を検出する温度センサを備えた充電装置が知られている。前記二次電池はその満充電状態で最大電圧値を示す。この最大電圧値は前記二次電池の環境温度により変化することから、この充電装置は、前記二次電池の環境温度を前記温度センサで検出し、環境温度に対応した最大電圧値に達したことで前記二次電池の満充電状態を知ることができ、充電を終了する(例えば特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a charging device including a temperature sensor that detects the temperature of a secondary battery is known. The secondary battery exhibits a maximum voltage value in a fully charged state. Since the maximum voltage value varies depending on the environmental temperature of the secondary battery, the charging device detects the environmental temperature of the secondary battery with the temperature sensor and reaches the maximum voltage value corresponding to the environmental temperature. Thus, the fully charged state of the secondary battery can be known, and charging is terminated (see, for example, Patent Document 1).
ところで、前記二次電池はその使用時に放電することにより図5のグラフに特性線G1、特性線G2で示されるように温度が上昇していき、その放電が停止すると該二次電池の温度は時間の経過とともに低下し、該二次電池の環境温度に近づいていく。特性線G1は前記二次電池の環境温度が高い場合の時間と温度変化との関係を示し、特性線G2は環境温度が低い場合のそれを示す。前記二次電池(例えばニッケル水素二次電池)は放電後に直ちに充電すると、該二次電池の温度が高いときには充電効率が悪くまた該二次電池の劣化を招いてしまう。 By the way, when the secondary battery is discharged during use, the temperature rises as shown by the characteristic lines G1 and G2 in the graph of FIG. 5, and when the discharge is stopped, the temperature of the secondary battery becomes It decreases with time and approaches the environmental temperature of the secondary battery. Characteristic line G1 shows the relationship between time and temperature change when the environmental temperature of the secondary battery is high, and characteristic line G2 shows that when the environmental temperature is low. If the secondary battery (for example, a nickel metal hydride secondary battery) is charged immediately after discharging, when the temperature of the secondary battery is high, charging efficiency is poor and the secondary battery is deteriorated.
このため、放電することにより上昇した前記二次電池の温度が設定温度以下になってから充電を行なうようにした充電装置が提案されている。
しかしながら、前記設定温度はある値に固定的に設定されているので、前記充電装置が置かれた環境温度の影響を受けてしまう。すなわち、前記二次電池の温度は該二次電池の環境温度が高いときには前記設定温度以下になるまで長時間を必要とし、充電効率の向上のためには前記充電装置が前記二次電池の充電を開始するまでに長時間待たなくてはならない。また、前記二次電池の環境温度が低いときには、該二次電池の充電効率がさらに向上するように前記設定温度を下げることが可能であるにもかかわらず前記充電装置は前記設定温度で前記二次電池の充電を開始してしまう。 However, since the set temperature is fixedly set to a certain value, it is affected by the environmental temperature where the charging device is placed. That is, when the environmental temperature of the secondary battery is high, the temperature of the secondary battery requires a long time until the temperature becomes equal to or lower than the set temperature. In order to improve charging efficiency, the charging device charges the secondary battery. You have to wait a long time before starting. In addition, when the environmental temperature of the secondary battery is low, the charging device is configured to operate at the set temperature even though the set temperature can be lowered so as to further improve the charging efficiency of the secondary battery. The next battery starts to be charged.
そこで本発明の目的は、二次電池の環境温度の高低に影響を受けることなく適切な充電を開始することのできる充電装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a charging device capable of starting appropriate charging without being affected by the environmental temperature of the secondary battery.
上記した課題を解決するために、この発明は、基本的に、環境温度の高低に影響を受けにくい温度変化率を利用する。すなわち、本願発明は、二次電池を充電するための充電装置であって、前記二次電池の温度を検知し前記温度が低下するときの変化率が予め設定した設定変化率以下になったとき前記二次電池の充電を開始することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention basically uses a temperature change rate that is hardly affected by the environmental temperature. That is, the invention of the present application is a charging device for charging a secondary battery, when the temperature of the secondary battery is detected and the rate of change when the temperature decreases is below a preset rate of change. The charging of the secondary battery is started.
本発明に係る充電装置によれば、二次電池の温度を検知し温度の変化率が予め設定した設定変化率以下になったとき前記二次電池の充電を開始する。これにより、前記二次電池の環境温度が比較的高いときであっても長時間待つ必要がなく、前記二次電池の環境温度が比較的低いときには効率良く充電を行なうことができる。 The charging device according to the present invention detects the temperature of the secondary battery, and starts charging the secondary battery when the rate of change in temperature falls below a preset change rate. Accordingly, it is not necessary to wait for a long time even when the environmental temperature of the secondary battery is relatively high, and charging can be performed efficiently when the environmental temperature of the secondary battery is relatively low.
本発明を図1から図4に示した実施例に沿って詳細に説明する。 The present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS.
図1に示すように、充電装置10は、充電可能な電池パック11を充電するための充電台12を備える。
As shown in FIG. 1, the
電池パック11は、従来よく知られているように二次電池からなる電池セル13と、緩衝材14を介して電池セル13を収容する電池ケース15とを備える。電池ケース15には、その下端に充電台12と電気的に接続されるコネクタピン16を有するプラグ17が形成されている。また、電池ケース15には、電池セル13の温度を検知する温度センサ18が設けられている。温度センサ18としては、例えばサーミスタが用いられる。
The
充電台12へのプラグ17の接続により、電池セル13および温度センサ18はプラグ17の各コネクタピン16を経て充電台12の後述する基板の充電制御回路にそれぞれ電気的に接続される。
By connecting the
充電台12はケース19を有する。ケース19には電源(図示せず)に接続された充電制御回路20を有する基板21が配置されている。ケース19には、電池セル13の充電状態などを表示する表示部22が設けられ、プラグ17を受け入れる差込口23が形成されている。差込口23にはプラグ17と嵌合するコネクタ24が設けられ、コネクタ24には、その嵌合時にプラグ17のコネクタピン16と電気的に接続する接点25が形成されている。充電制御回路20は、基盤21を介してコネクタ24の接点25および表示部22と電気的に接続されている。
The
従来よく知られているように、充電時には電池パック11が、該電池パックのプラグ17を充電台12のコネクタ24と整合するように差込口23に差し込まれ、充電制御回路20と電気的に接続される。プラグ17はコネクタ24と嵌合することで電池パック11を充電台12に固定する。充電制御回路20は後述する条件を満たしたときに電池パック11に設けられた電池セル13の充電を開始する。表示部22には電池セル13の充電状態についての情報が表示され、充電装置10の使用者は電池セル13の充電の状態を知ることができる。
As is well known in the art, during charging, the
図2は、本実施例における電気回路の構成を概略的に示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the electric circuit in the present embodiment.
図2に示すように、充電制御回路20は、演算制御回路26とメモリ27とを有する。演算制御回路26は、メモリ27と電池セル13の温度を検出する温度センサ18と電池セル13を充電する充電回路28とに接続されている。
As shown in FIG. 2, the
温度センサ18は、電池セル13の温度Tsに応じた電気信号を検出信号として演算制御回路26に出力する。
The
メモリ27には、第一の限界温度Tu、設定変化率Cs、第二の限界温度Tm等についての情報が記憶されている。
The
第一の限界温度Tuは、該第一の限界温度よりも電池セル13の温度Tsが低いときには電池セル13の充電が効率良く、且つ電池セル13の充電に際しその劣化に大きな影響を与えることのない限界温度である。本実施例においては、例えば30℃に設定されている。
The first limit temperature Tu is effective in charging the
設定変化率Csは、時間に対する電池セル13の温度Tsの低下による変化を示す変化率Cの閾値である。ここで、電池セル13の温度Tsの特性を示すグラフについて説明する。図3に示したグラフの横軸が時間、その縦軸が温度を表す。温度軸に示されたT1は比較的低い環境温度を、T2はこれよりも高い環境温度を示す。図3のグラフに示す特性線Ts1および特性線Ts2は、共に電池セル13の温度Tsの時間に対する温度特性を示す。特性線Ts1は、環境温度T1下で電池パック11が放電開始から放電を停止して充電開始に至る間の電池セル13の温度特性を示し、特性線Ts2は電池パック11が環境温度T2下にある場合の同様な温度特性を示す。電池セル13の温度Tsは、特性線Ts1、Ts2が示すように放電が開始されると急激に上昇し、放電が停止すると穏やかな各曲線に沿ってゆっくりと低下していく。このときの時間t1からt2までの特性線Ts1における電池セル13の温度Tsの変化率Cは、次式(1)で表せる。
The setting change rate Cs is a threshold value of the change rate C indicating a change due to a decrease in the temperature Ts of the
C=(a−b)/(t1−t2) ・・・・(1)
電池セル13の温度Tsの特性線Ts1、Ts2が示すように、温度Tsは放電開始から上昇を始め、上昇した温度Tsは放電停止時から低下していき環境温度T1、T2に近づくにつれて時間に対する温度の低下の幅が小さくなる。すなわち、電池セル13の温度Tsの低下するときの変化率Cが徐々に小さくなり、この変化率Cが0に近づいていく。また、図3に示すように、同じ時間放電された特性線Ts1と特性線Ts2とは環境温度が異なるにも拘わらず時間に対して同一の変化態様で推移している。
C = (ab) / (t1-t2) (1)
As indicated by the characteristic lines Ts1 and Ts2 of the temperature Ts of the
電池セル13の温度Tsの低下時の閾値である設定変化率Csは、この特性を利用して変化率Cの閾値を規定することで電池パック11の環境温度の高低に拘わらず電池パック11の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル13の温度Tsを得るためのものである。これにより電池パック11の環境温度を検出することなく電池パック11の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル13の温度Tsを得ることができる。
The set change rate Cs, which is a threshold value when the temperature Ts of the
充電効率および充電による電池セル13への劣化の影響を考慮すると、電池セル13を充電する時には電池セル13の温度Tsが比較的低い温度であることが望ましく、電池セル13の温度Tsは環境温度まで低下し得る。しかし、電池セル13の温度Tsが環境温度まで低下するには、特性線Ts1、Ts2が示すように長時間必要とする。そこで、電池パック11の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル13の温度Tsとなったときに電池セル13の充電を開始すると、長時間待つことなく電池パック11の環境温度において比較的充電効率が高く、充電による電池セル13への劣化の影響の少ない電池セル13の充電をすることができる。
Considering the charging efficiency and the influence of deterioration on the
電池セル13の温度Tsの低下時の閾値である設定変化率Csは、本実施例においては、例えば0.2に設定され、変化率Cが次式(2)の値であるとき
0≧C≧−0.2(℃/5min) ・・・・(2)
すなわち電池セル13の温度の減少値が5分間で0.2以下あるいは減少値が0(電池セル13の温度Tsが変化せず)であるときに電池セル13の充電を開始する。
In this embodiment, the set change rate Cs, which is a threshold value when the temperature Ts of the
0 ≧ C ≧ −0.2 (℃ / 5min) (2)
That is, charging of the
第二の限界温度Tmは、該第二の限界温度よりも電池セル13の温度Tsが高いときに電池セル13を充電すると充電効率が低く電池セル13の劣化への影響が大きい温度である。本実施例においては、例えば45℃に設定されている。
The second limit temperature Tm is a temperature at which if the
再び図2を参照する。演算制御回路26は、温度センサ18から出力された検出信号から電池セル13の温度Tsを検知し、必要に応じてメモリ27に記憶された情報と比較演算する。演算制御回路26は、その比較演算の結果ある条件を満たしたときに電池セル13の充電の開始を指示する旨の信号を充電回路28に出力する。
Refer to FIG. 2 again. The
充電回路28は、演算制御回路26から充電の開始を指示する旨の信号を受けると電池セル13の充電を開始する。
When the charging
次に充電制御回路20での充電を開始するまでの工程を図4のフローチャートに沿って説明する。
Next, a process until charging in the charging
演算制御回路26は、電池パック11に設けられた温度センサ18から送られた信号に基づき電池セル13の温度Tsを検知する。(ステップS1)
演算制御回路26は、電池セル13の温度Tsとメモリ27に予め記憶された第一の限界温度Tuとを比較する。(ステップS2)
電池セル13の温度Tsが第一の限界温度Tu以下である場合には、電池セル13の充電が効率良くでき、且つ電池セル13の劣化に影響のない充電をすることができるので、直ちに充電できることから充電開始のステップS5に進む。電池セル13の温度Tsが第一の限界温度Tuよりも高い場合には、より充電効率を高め、充電による電池セル13の劣化への影響を減らすために変化率Cを判定するステップS3に進む。
The
The
When the temperature Ts of the
電池セル13の温度Tsが第一の限界温度Tuよりも高いときは、演算制御回路26は、電池セル13の温度Tsの一定時間毎における変化率Cを求め予め設定されメモリ27に記憶された設定変化率Csと比較する。(ステップS3)
電池セル13の温度Tsの低下による変化率Cが設定変化率Cs以下である場合には、電池パック11の環境温度において比較的充電効率が高く、充電による電池セル13への劣化の影響が少ないため電池セル13の充電をすることができる。演算制御回路26が、変化率Cは設定変化率Cs以下であると判断すると、続いて第二の限界温度Tmと比較するステップS4に進む。
When the temperature Ts of the
When the rate of change C due to the decrease in the temperature Ts of the
他方、電池セル13の温度Tsの変化率Cが設定変化率Csよりも大きい場合には、充電効率および充電による電池セル13の劣化への影響に問題があるのでステップS1に戻り、電池セル13の温度Tsの低下による変化率Cが設定変化率Cs以下となるかまたは電池セル13の温度Tsが第一の限界温度Tu以下となるまで同じ動作を繰り返す。
On the other hand, when the rate of change C of the temperature Ts of the
電池セル13の温度Tsの低下による変化率Cが設定変化率Cs以下であるときは、演算制御回路26は、電池セル13の温度Tsとメモリ27に予め記憶された第二の限界温度Tmとを比較する。(ステップS4)
電池セル13の温度Tsが第二の限界温度Tmよりも低い場合には、充電効率および充電による電池セル13の劣化への影響に問題はないので充電開始のステップS5に進む。電池セル13の温度Tsが第二の限界温度Tmよりも高い場合には、電池セル13を充電すると充電効率が低く電池セル13の劣化への影響が大きいのでステップS1に戻り、電池セル13の温度Tsが第二の限界温度Tmよりも低くなるまで同じ動作を繰り返す。
When the rate of change C due to the decrease in the temperature Ts of the
If the temperature Ts of the
したがって、第一の限界温度Tu、設定変化率Csおよび第二の限界温度Tmの基準を満たしたとき、演算制御回路26は電池セル13の充電開始条件を満たしたものと判断し電池セル13の充電の開始を指示する旨の信号を充電回路28に出力する。これにより充電回路28は電池セル13の充電を開始する。(ステップS5)
本発明に係る充電装置10では、電池パック11の電池セル13の温度Tsが、電池セル13を充電しても該電池セルの劣化に対して影響を与えず充電効率も高くなる第一の限界温度Tu以下であるとき、本実施例では例えば30℃以下のときには即座に充電が開始される。
Therefore, when the criteria of the first limit temperature Tu, the set change rate Cs, and the second limit temperature Tm are satisfied, the
In the charging
また、電池セル13の温度Tsが、電池セル13を充電すると該電池セルの劣化に対して大きな影響があり充電効率が悪くなる第二の限界温度Tm以上であるとき、本実施例では例えば45℃以上のときには充電を開始せず、電池セル13の温度Tsが第二の限界温度Tm以下(45℃以下)になるまで充電の開始を待つ。
Further, when the temperature Ts of the
電池パック11の電池セル13の温度Tsが第一の限界温度Tuと第二の限界温度Tmとの間にある場合、本実施例では例えば30℃から45℃の範囲にある場合には、ある一定時間に対する電池セル13の温度Tsの変化率Cにより充電が開始される。電池セル13の温度Tsの低下による変化率Cが、設定変化率Cs以下、本実施例においては、例えば0>C≧−0.2(℃/5min)になったときに充電を開始する。このため、電池セル13の環境温度の高低に拘わらず電池セル13の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル13の温度Tsで充電を開始する。
When the temperature Ts of the
これにより同じ放電時間で使用された電池セル13では、電池セル13の環境温度の高低に拘わらず放電停止から略同じ時間が経過したときに充電を開始することができる。さらに電池パック11の環境温度から見て略一定の温度差となる温度で電池セル13の充電を開始するので、長時間待つことなく電池パック11の環境温度において比較的充電効率が高く、充電による電池セル13への劣化の影響が少ない。
Thereby, in the
したがって、本発明によれば、二次電池の環境温度の高低に影響を受けることなく適切な充電を開始することのできる充電装置を提供できる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a charging device that can start appropriate charging without being affected by the environmental temperature of the secondary battery.
なお、本実施例では、電池パック11の電池セル13の温度Tsが低下するとき、この温度の変化率Cが設定変化率Cs以下であることを変化率Cによる充電開始の条件としていた。また、変化率Cが0すなわち電池セル13の温度Tsが電池パック11の環境温度になっているときは電池セル13の温度Tsが第二の限界温度Tm以下であることを条件とし、電池セル13の温度Tsが第二の限界温度Tm以下であれば充電を開始させることができる。
In the present embodiment, when the temperature Ts of the
また、本実施例では、電池パック11の電池セル13の温度Tsが、電池セル13を充電しても該電池セルの劣化に対して影響を与えず充電効率も高くなる第一の限界温度Tu以下である場合には変化率Cに拘わらず充電を開始したが、これを不要とすることができる。しかしながら、電池セル13の温度Tsが第一の限界温度Tu以下であり充電効率および充電による電池セル13への劣化の影響がないときには変化率Cによる判定は必要ないので、該変化率を求めるための一定の時間の経過(本実施例では、例えば5分間)を待つことなく充電が開始できることから第一の限界温度Tuによる判定をすることが望ましい。
In this embodiment, the temperature Ts of the
10 充電装置
13 (二次電池としての)電池セル
Ts 電池セルの温度
C 変化率
Cs 設定変化率
Tu (限界温度としての)第一の限界温度
10
Claims (2)
2. The charging device according to claim 1, wherein when the temperature of the secondary battery becomes equal to or lower than a preset limit temperature, charging of the secondary battery is started regardless of the rate of change.
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2003
- 2003-09-19 JP JP2003328098A patent/JP2005094974A/en not_active Abandoned
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CN103283108A (en) * | 2010-12-22 | 2013-09-04 | 九州电力株式会社 | Power supply device |
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