JP2005151683A - 電池パックの充電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の電池パックの充電装置は、直列接続した複数の電池と、少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上であるか否かを示す状態信号を出力する充電電圧情報生成部と、を有する電池パックを充電するための充電電流を出力する電源と、前記充電電流を検出する電流検出器と、前記充電電流が目標電流に近づくように前記電源を制御し、前記電池パックから送られた前記状態信号に基づいて、少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上になった場合、前記目標電流を現在の値より小さな値に変更する制御部と、を有する。
【選択図】図1
Description
電動工具用電池パックは、パーソナルコンピュータ、携帯電話用等の電池パックと比較して高圧である24V〜36Vの電圧を出力する。パーソナルコンピュータ等の電池パックとして多く使用されているニッケル水素電池は、電池セル当たりの発電電圧が小さい故に、36Vの電圧を発生しようとすれば多くの電池セルを直列に接続する必要があり、実用的ではない。リチウムイオン電池1本(以下「セル」と呼ぶ。)当たりの出力電圧は高く(3.6〜3.7Vである。)、単位重量当たりのエネルギー密度も高い。従って、リチウムイオン電池を用いた電池パックは、電動工具用電池パックとして適している。
充電装置は、電流5Cで定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧5Pを越えると、充電装置は電流を3Cに切り換えて定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧3Pを越えると、充電装置は電流を2Cに切り換えて定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧2Pを越えると、充電装置は電流を1Cに切り換えて定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧1Pを越えると、充電装置は充電処置を終了する。
電池パックの中の個々の電池の充電状態は同一ではない。全体としてはまだまだ充電可能状態であるが(電池パック全体の開放電圧が所定値未満)、1つの電池が過充電状態になる場合もある。このような場合、従来例の充電方法によれば、電池パック全体として所定の電圧になるまで充電を継続する故に、一部のリチウムイオン電池の劣化が急速に進行してしまうという問題があった。
また、他の従来例の二次電池の充電方法において、基準電圧を温度によって変更する方法が用いられているがマイクロコンピュータを使って温度による各セル電圧の判定値を変えるため、電池パック内部の回路が複雑で高価になるという問題があった。
本発明は、温度によって基準電圧を可変させることなく、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を提供することを目的とする。
本発明は、過充電による電池の劣化を防ぐことができる、複数のリチウムイオン電池を直列に接続した電池パックの充電装置を提供することを目的とする。
直列接続した複数の電池と、少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上であるか否かを示す状態信号を出力する充電電圧情報生成部と、を有する電池パックを充電するための充電電流を出力する電源と、前記充電電流を検出する電流検出器と、前記充電電流が目標電流に近づくように前記電源を制御し、前記電池パックから送られた前記状態信号に基づいて、少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上になった場合、前記目標電流を現在の値より小さな値に変更する制御部と、を有することを特徴とする電池パックの充電装置である。
本発明は、各電池の電圧を検出することにより、過充電による電池の劣化を防ぐ電池パックの充電装置を実現できるという作用を有する。
本発明は、順次電流値を減らしながら定電流で充電を行うことにより、各電池の劣化具合等にかかわらず全電池を均等に充電する電池パックの充電装置を実現できるという作用を有する。
本発明の充電装置が有する目標電流の値の数(順次減少させていく目標電流の段数)は任意である。少なくとも、複数の値の1つの目標電流と、それより小さな値であり且つ0でない他の目標電流とを有する。
また、温度が高い場合100%所定の容量まで充電して放置すると電池が劣化してしまう。そこで、所定の温度以上では温度が低い場合とは逆に充電電流を減らしていくステップを早めに終了することによって故意に充電量を減らすことができる。
本発明は、過充電を防止し、リチウムイオン電池の性能が著しく低下することがない電池パックの充電装置を実現できるという作用を有する。
本発明によれば、温度によって基準電圧を可変させることなく、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、過充電による電池の劣化を防ぐことができる、複数のリチウムイオン電池を直列に接続した電池パックの充電装置を実現できるという有利な効果が得られる。
図1〜図3を用いて、実施の形態1の電池パックの充電方法及び装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態1の電池パック及び充電装置の構成を示すブロック図である。図1において、101は電池パック、102は充電装置である。電池パック101は、電動工具用の電池パック、充電装置102はその充電装置である。電池パック101は、10個の二次電池111〜120、5個の電圧比較器121〜125、温度検知部(正特性サーミスタ)126、充電電圧情報生成部(5入力NOR回路)127、安全回路128、抵抗129、ヒューズ130、131、第1の電源電圧端子132、温度情報出力端子133、充電電圧情報出力端子134、第2の電源電圧端子135を有する。充電装置102は、電源141、ダイオードブリッジ142、電流可変部143、電流検出器144、制御部145、スイッチング素子146、電圧検出器147、操作表示部148、第1の電源電圧端子152、温度情報入力端子153、充電電圧情報入力端子154、第2の電源電圧端子155を有する。本実施の形態においては、二次電池111〜120はリチウムイオン電池である。実施の形態1の電流可変部143は、降圧型スイッチング電源回路である。
電圧検出器147は、充電装置102の出力電圧を検出する。スイッチング素子146は、通常導通状態である。制御部145は、電池パック101の出力電圧が異常電圧である場合、電池パック101の内部温度が異常に高温である場合、充電装置102の出力端子がグラウンドに短絡された場合等に、スイッチング素子146を遮断状態にする。
温度検知部126は、電池の周辺温度を検知し、温度情報を温度情報出力端子133、温度情報入力端子153を通じて充電装置102の制御部145に出力する。
安全回路128は、電池111〜120の充電電圧が第2の所定値(第1の所定値より高い電圧であって、これ以上電圧が高くなると電池パック101が損傷する恐れがある電圧に絶対にならないための安全率を見込んだ閾値である。)以上になった場合、異常な事態と判断し、抵抗129を発熱させ、ヒューズ130、131を切る。実施の形態1においては、第2の所定値は4.4Vである。
10個の電池111〜120の中のどれか1つでも充電電圧が4.2Vになるまで(充電時間が0〜T1(分)の間)、充電装置102は電流4Cで定電流充電を行う。10個の電池111〜120の中のどれか1つでも充電電圧が4.2Vになると(充電時間がT1(分)の時)、充電装置102は出力電流を3C(現在の出力電流4Cより1C小さい)に変更する。
充電電圧Vが4.2V以上の電池が1つ以上ある場合、ステップ304に進む。ステップ304で、制御部145は信号を受信すると、充電電流(目標電流)Iに現在の電流より1C小さい電流(I−1C)を設定する。ステップ305で、制御部145はIが0か否かを判断する。Iが0になるまでの間は、ステップ302に戻り、充電処理を繰り返す。Iが0の場合(充電が完了した場合)、このフローチャートを終了する。
本発明は、多段の定電流で(順次値を減らしながら定電流で)充電を行うことにより、電池の劣化具合にかかわらず全電池を均等に充電することができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、10個の電池の中のどれか1つでも充電電圧が第1の所定値以上になると、充電する電流値を小さくすることにより、過充電による電池の劣化を防ぐことができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
図1、図4〜図6を用いて、実施の形態2の電池パックの充電方法及び装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態2の電池パック及び充電装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態2の電池パック及び充電装置の構成は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。実施の形態2においては、第1の所定値は4.1V、第2の所定値は4.4Vである。
10個の電池111〜120の中のどれか1つでも充電電圧が4.1Vになるまで(充電時間が0〜TL1(分)の間)、充電装置102は電流4Cで定電流充電を行う。10個の電池111〜120の中のどれか1つでも充電電圧が4.1Vになった時から時間tL1が経過するまで(充電時間がTL1〜TL2(分)の間)、充電装置102は電流4Cで定電流充電を継続する。時間tL1が経過すると(充電時間がTL2(分)の時)、充電装置102は出力電流を3C(現在の出力電流4Cより1C小さい)に変更する。
10個の電池111〜120の中のどれか1つでも充電電圧が4.1Vになるまで(充電時間が0〜TH1(分)の間)、充電装置102は電流4Cで定電流充電を行う。10個の電池111〜120の中のどれか1つでも充電電圧が4.1Vになった時から時間tH1が経過するまで(充電時間がTH1〜TH2(分)の間)、充電装置102は電流4Cで定電流充電を継続する。時間tH1が経過すると(充電時間がTH2(分)の時)、充電装置102は出力電流を3C(現在の出力電流4Cより1C小さい)に変更する。
充電電圧Vが4.1V以上の電池が1つ以上ある場合、ステップ604に進む。ステップ604で、制御部145は信号を受信すると、温度検知部126からの電池の周辺温度に基づきタイマに時間を設定する。ステップ605で、充電装置102は電池パック101の充電を現在の電流Iで継続する。ステップ606で、制御部145はタイマが0になったか否かを判断する。タイマが0になるまでの間は、ステップ605に戻り、充電装置102は電池パック101の充電を現在の電流Iで継続する。タイマが0になると、ステップ607に進む。
本実施の形態では10個の電池を直列に接続しているが、10個より多くの電池を直列に接続してもよし、10個より少ない電池を直列に接続してもよい。
本発明は、多段の定電流で充電を行うことにより、電池の劣化具合にかかわらず全電池を均等に充電することができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、10個の電池の中のどれか1つでも充電電圧が第1の所定値以上になると、充電する電流値を小さくすることにより、過充電による電池の劣化を防ぐことができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、電池の温度により可変するタイマを設定することにより、一定の目標電圧を用いて、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現できる。
図1、図7、図8を用いて、実施の形態3の電池パックの充電方法及び装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態3の電池パック及び充電装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態3の電池パック及び充電装置の構成は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。実施の形態3においては、第1の所定値は4.2V、第2の所定値は4.4Vである。
充電装置102は出力電流を0.25Cにした時、電池の温度が第4の所定値(<第3の所定値)以上であれば、充電処理を終了する。出力電流が0.25Cであって電池の温度が第4の所定値未満であり、10個の電池111〜120の中のどれか1つでも充電電圧が4.2Vになると(充電時間がT5(分)の時)、充電装置102はこの充電処理を終了する。
充電電圧Vが4.2V以上の電池が1つ以上ある場合、ステップ804に進む。ステップ804で、制御部145は信号を受信すると、充電電流Iに現在の電流より1C小さい電流(I−1C)を設定する。ステップ805で、制御部145はIが0か否かを判断する。Iが0になるまでの間は、ステップ302に戻り、充電処理を繰り返す。Iが0の場合(直前のステップ803においてI=1Cである場合)、ステップ806に進む。
ステップ808で、電流可変部143は制御部145に制御されて直流電流I=0.5Cを出力する。充電装置102は電流I=0.5Cを出力する。電池パック101は一定の電流I(0.5C)で充電される。ステップ809で、制御部145は10個の電池111〜120の中にどれか1つでも充電電圧Vが4.2V以上の電池が存在するか否かを判断する。充電電圧Vが4.2V以上の電池が1つもない間は、ステップ807に戻り、充電装置102は電池の温度が第3の所定値以上か否かをチェックし、電池パック101の充電を現在の電流Iで継続する。ステップ809で、充電電圧Vが4.2V以上の電池が1つ以上ある場合、ステップ810に進む。
ステップ812で、電流可変部143は制御部145に制御されて直流電流I=0.25Cを出力する。充電装置102は電流I=0.25Cを出力する。電池パック101は一定の電流I(0.25C)で充電される。ステップ813で、制御部145は10個の電池111〜120の中にどれか1つでも充電電圧Vが4.2V以上の電池が存在するか否かを判断する。充電電圧Vが4.2V以上の電池が1つもない間は、ステップ811に戻り、充電装置102は電池の温度が第4の所定値以上か否かをチェックし、電池パック101の充電を現在の電流Iで継続する。ステップ813で、充電電圧Vが4.2V以上の電池が1つ以上ある場合、このフローチャートを終了する。
本発明は、多段の定電流で充電を行うことにより、電池の劣化具合にかかわらず全電池を均等に充電することができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、10個の電池の中のどれか1つでも充電電圧が第1の所定値以上になると、充電する電流値を小さくすることにより、過充電による電池の劣化を防ぐことができる電池パックの充電装置を実現する。
本発明は、電池の温度に基づいて充電を終了することにより、電池の温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現する。
実施の形態において、充電電圧情報生成部127はNOR回路であった。充電電圧情報生成部127は、例えば各電池の電圧がそれぞれ所定値以上か否かという情報をシリアル信号として充電装置に送信する回路であっても良い。
実施の形態において、電池パック101は1つの温度検出部126を有していた。電池パック101は、各電池毎に1つの温度検出部126を有しても良い。
102 充電装置
111〜120 電池
121〜125 電圧比較器
126 温度検知部
127 充電電圧情報生成部
128 安全回路
129 抵抗
130、131 ヒューズ
141 電源
142 ダイオードブリッジ
143 電流可変部
144 電流検出器
145 制御部
Claims (5)
- 直列接続した複数の電池と、少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上であるか否かを示す状態信号を出力する充電電圧情報生成部と、を有する電池パックを充電するための充電電流を出力する電源と、
前記充電電流を検出する電流検出器と、
前記充電電流が目標電流に近づくように前記電源を制御し、前記電池パックから送られた前記状態信号に基づいて、少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上になった場合、前記目標電流を現在の値より小さな値に変更する制御部と、
を有することを特徴とする電池パックの充電装置。 - 前記電池パックは、前記電池の温度を測定し前記温度の情報を出力する温度検出部を更に有し、
前記制御部は、少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上になった時から更に、前記温度に応じた時間だけ現在の前記充電電流を継続し、その後前記目標電流を現在の値より小さな値に変更することを特徴とする請求項1に記載の電池パックの充電装置。 - 前記電池パックは、前記電池の温度を測定し前記温度の情報を出力する温度検出部を更に有し、
前記制御部は、前記電池の温度が所定値未満であれば充電を継続し、前記電池パックから送られた前記状態信号が少なくとも1個の前記電池の電圧が所定値以上であることを示す場合、前記目標電流を現在の値より小さな値に変更し、前記電池の温度が所定値以上であれば充電を停止することを特徴とする請求項1に記載の電池パックの充電装置。 - 前記制御部は、前記電池の温度の所定値を、充電電流が小さい程低くすることを特徴とする請求項3に記載の電池パックの充電装置。
- 前記電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかの請求項に記載の電池パックの充電装置。
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