JP2005333708A

JP2005333708A - 充電装置

Info

Publication number: JP2005333708A
Application number: JP2004148446A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Aradate; 卓央荒舘; Kazuhiko Funabashi; 一彦船橋; Nobuhiro Takano; 信宏高野
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: JP4148183B2; CN100481671C; CN1700559A; US7439708B2; US20050258800A1; DE102005022761A1

Abstract

【課題】充電装置に２次電池が接続されていない充電待機時の消費電力を小さくすること。
【解決手段】電池パック２を充電する電力を供給するスイッチング回路２０、整流平滑回路３０等により構成される充電電力供給回路と、充電装置を駆動する電力を供給する充電装置駆動電力供給回路１００とを有し、電池パック２が充電装置に接続されていないときは充電電力供給回路の出力を停止すると共に、充電装置駆動電力供給回路１００は電力を供給する。充電装置駆動電力供給回路１００は、電池パック２が接続されていない時の出力電圧を、電池パック２が接続されている時の出力電圧よりも小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明はニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池、リチウム電池等の２次電池を充電する充電装置に関するものである。

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、リチウム電池等の電池パックを充電する充電装置において、充電を行っていない充電待機時に出力を停止するだけでなく、充電制御回路の動作停止や、直流出力可を示す表示をしないことで、待機時に消費電力を削減させる構成が特許文献１に開示されている。

また、充電を行なっていない充電待機時の出力電圧を充電時の出力電圧より小さい値に設定し、充電を行なっていない時の電力低消費化をさせる充電装置について本出願人が出願した特願２００２−３４９２４３号により提案した。この実施形態について、図１に示す回路図によって説明する。

図において、１は交流電源、２は複数の電池セルを直列に接続し、サーミスタ等の感温素子２ａを設けた電池パック。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抵抗、４は抵抗４ａ、４ｂからなる出力電圧検出回路で、電源回路の２次側整流平滑回路３０の出力電圧を抵抗４ａ、４ｂで分圧し、出力電圧制御回路８０に入力する。５ａは２次側整流平滑回路３０の出力電圧制御信号及び充電電流制御信号をＳＷ制御ＩＣ２３に帰還する信号伝達手段で、ホトカプラ等から構成される。６は抵抗６ａ、６ｂ、６ｃからなる出力電圧設定回路で、マイコン５０の出力ポート５３からの信号に対応して演算増幅器８１の非反転入力端に印加する電圧値を変えるものであり、抵抗６ａ、６ｂの分圧比で設定された電圧値を抵抗６ｃに連なる出力ポートをハイインピーダンスレベル又はローインピーダンスレベルに設定することで変えられ、これにより、２種類の電圧値を選択することができる。７は７ａ、７ｂからなる充電電流設定回路であり、抵抗７ａ、７ｂの分圧比で設定された電圧が充電電流を制御するための基準電圧となる。８は電池パック２を冷却するための冷却ファンである。９は、トランジスタ９ａ、抵抗９ｂ、９ｃからなる冷却ファン制御回路であり、抵抗９ｂに連なる出力ポート５３をハイレベル、或いはローレベルに設定することにより、それぞれ冷却ファン８をオン・オフすることができる。

１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる１次側整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＳＷ制御ＩＣ２３、ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２４、起動抵抗２５からなるスイッチング回路であり、高周波トランス２１は１次巻線２１ａ、２次巻線２１ｂ、３次巻線２１ｃ、４次巻線２１ｄからなり、直流の入力電圧が印加される１次巻線２１ａに対し、２次巻線２１ｂはＳＷ制御ＩＣ２３用の出力巻線、３次巻線２１ｃは電池パック２を充電するための出力巻線、４次巻線２１ｄはマイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源用の出力巻線である。ＳＷ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。また、ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２４はダイオード２４ａ、３端子レギュレータ２４ｂ、コンデンサ２４ｃ、２４ｄから構成されており、２次巻線２１ｂからの出力電圧を定電圧化する。

３０はダイオード３１、平滑用コンデンサ３２、抵抗３３からなる２次側整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２からなる電池電圧検出回路で、電池パック２の端子電圧を分圧する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、Ａ／Ｄコンバータ５２、出力ポート５３、リセット入力ポート５４からなる制御手段であるマイコンである。

６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６７、ダイオード６８からなる充電電流制御回路で、充電電流検出抵抗３に流れる充電電流を検出し、充電電流に対応する電圧を反転増幅させた出力電圧と充電電流設定回路７で設定された充電電流設定基準電圧との差を増幅し、信号伝達手段５ａを介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還をかけ制御する。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、逆の場合は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。すなわち電流検出抵抗３、充電電流制御回路６０、信号伝達手段５ａ、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設定電流値となるように制御する。

７０はダイオード７１、コンデンサ７２、７６、７８、抵抗７３、トランジスタ７４、ツェナダイオード７５、３端子レギュレータ７７、リセットＩＣ７９からなる定電圧回路で、Ｖｃｃはマイコン５０、充電電流制御回路６０等の電源となり、それより大きい電圧値であるＶｃｃ２は冷却ファン８の電源となる。リセットＩＣ７９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５４にリセット信号を出力する。

８０は演算増幅器８１、抵抗８２〜８５、ダイオード８６からなる出力電圧制御回路であり、出力電圧検出回路４からの検出出力電圧と出力電圧設定回路６からの設定電圧との差を増幅し、信号伝達手段５ａを介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還をかけ出力電圧を設定値に制御する。

９０は電池温度検出手段であり、Ｖｃｃに接続された抵抗９１、抵抗９２と、温度検出素子２ａとによって分圧された電圧をＡ／Ｄコンバータ５２に入力し、マイコン５０はこの入力電圧を電池温度に換算し充電を制御する。

以上に示したような回路構成において、抵抗６ｃに連なる出力ポートをハイインピーダンスレベル又はローインピーダンスレベルに設定することで電圧値を変化させることにより、出力電圧の値を充電時は充電可能な最も電池セル数の多い電池パック２に対応した電圧値、例えば、２０個の電池セルが直列接続された電池パック２が充電可能な充電装置の場合、単純に３０Ｖ以上の出力電圧に、また、充電を行なっていない充電待機時においては、前記例における３０Ｖ以下の出力電圧に設定できるように抵抗６ａ〜６ｃの値を設定することにより充電待機時の電力消費の低減を図ることができる。

特開２００３−１１６２３０号公報

しかし、特許文献１記載の充電装置にあっては、充電制御回路を動作停止するため、充電装置の状態等を充電装置に表示させるといったことができない。

また、特願２００２−３４９２４３号の充電装置においては、冷却ファン及びマイコンを駆動する電源回路が単一の電源回路であるため、電池の充電を行なう電源ラインにおいて常にある一定の電圧が出力され、充電待機時の電力消費の低減を図るには不十分である。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、充電を行なっていない充電待機時の消費電力を低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、２次電池を充電する充電装置であって、２次電池を充電する電力を供給する充電電力供給回路と、前記充電装置を駆動する電力を供給する充電装置駆動電力供給回路とを有し、前記２次電池が前記充電装置に接続されていないときは前記充電電力供給回路の出力を停止すると共に、前記充電装置駆動電力供給回路は電力を供給し、前記２次電池が前記充電装置に接続されているときは、前記充電電力供給回路と充電装置駆動電力供給回路は電力を供給し、前記充電装置駆動電力供給回路は、前記２次電池が充電装置に接続されていない時の出力電圧が、接続されている時の出力電圧よりも小さいことを特徴とする充電装置を提供している。

また、前記充電装置駆動電力供給回路は、前記２次電池が充電装置に接続されていないとき、少なくともマイコンが駆動可能な電力を供給するようにしてもよい。

請求項１記載の充電装置によれば、２次電池が接続されていない充電待機時に充電電力供給回路が停止し、充電装置駆動電力供給回路の出力電圧を低くするため、電力消費の低減が図れる。

請求項２記載の充電装置によれば、無駄な電力を供給せず少なくともマイコンが駆動可能な電力を供給することにより電力消費の低減が図れる。

図２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は複数の素電池を直列接続しサーミスタ等の感温素子２ａを設けた電池パックである。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、５ｂ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、５ｃ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である。電流検出手段３は抵抗からなり、充電制御伝達信号手段５ｃ及び充電電流信号伝達手段５ｂはホトカプラ等からなる。８は電池パック２を冷却する冷却ファン、９は冷却ファン８を駆動する駆動手段であり、トランジスタ９ａ、抵抗９ｂ、９ｃから構成され、マイコン５０の出力ポート５３ａの出力に応じて冷却ファン８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、電池パック２の充電を行うための電源回路となっている。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は整流平滑回路でダイオード３１、３２、チョークコイル３３、平滑用コンデンサ３４からなる。本発明充電電力供給回路は上記スイッチング回路２０、整流平滑回路３０等により構成され電池パック２の充電を行なう。

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の端子電圧はこの抵抗４１、４２により分圧された後マイコン５０に加えられる。マイコン５０は演算手段(ＣＰＵ)５１、Ａ／Ｄコンバータ５２、出力ポート５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、リセット入力ポート５４等を有する。６０は充電電流制御回路で演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる。

７は抵抗７ａ、７ｂからなる充電電流設定回路であり、抵抗７ａ、７ｂの分圧比で設定された電圧が充電電流を制御するための基準電圧となる。

１２０は、電源トランス１０１の３次巻線１０１ｃ、ダイオード１２１、コンデンサ１２２からなるＰＷＭ制御ＩＣ２３の電源を出力するＰＷＭ制御ＩＣ電源回路である。

１００は電池パック２を充電する電力を供給する充電電力供給回路とは別系統の充電装置駆動電力供給回路で、電源トランス１０１の１次巻線１０１ａ、２次巻線１０１ｂ、１次巻線１０１ａに印加される電圧を制御するスイッチング手段１０２、整流ダイオード１０３、平滑コンデンサ１０４、１１０、１１２、電源出力のフィードバック手段１０５、シャントレギュレータ１０６、出力を設定するための抵抗１０７〜１０９、３端子レギュレータ１１１、リセットＩＣ１１３からなる。充電装置駆動電力供給回路１００は冷却ファン８、マイコン５０等を動作させる電源である。図２におけるＶｃｃはマイコン５０、充電電流制御回路６０等の電源となり、それより大きい電圧値であるＶｃｃ２は冷却ファン８の電源となる。

また、抵抗１０９に連なるマイコン５０の出力ポート５３ｃをハイインピーダンスレベルまたはローインピーダンスレベルに設定することにより、充電装置駆動電力供給回路１００の出力の電圧値を２段階に設定することができる。

リセットＩＣ１１３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５４にリセット信号を出力する。

次に図２の回路図及び図３のフローチャートを参照して本発明充電装置の動作の一例を説明する。

電源を投入するとマイコン５０は出力ポート５３ａ、５３ｂ、５３ｃをイニシャルセットし、ステップＳ１０１で、充電装置駆動電力供給回路１００の出力電圧（レギュレータ１１１に印加される電圧）を、マイコン５０等の電源Ｖｃｃを発生させるに足る電圧Ｖ１になるように設定する。つまり、マイコン５０の出力ポート５３ｃの出力をハイインピーダンスレベルに設定し、抵抗１０７、１０８によって分圧される電圧値に応じたシャントレギュレータ１０６の出力値に基づき、フィードバック手段１０５はスイッチング回路１０２に信号をフィードバックすることにより３端子レギュレータ１１１が動作する最低入力電圧程度の値Ｖ１に設定する。なお、ＰＷＭ制御ＩＣ電源回路１２０は、
（１）ステップＳ１０１で充電装置駆動電力供給回路１００の出力電圧（レギュレータ１１１に印加される電圧）をＶ１と設定した時には、ＰＷＭ制御ＩＣ電源回路１２０の出力電圧はＰＷＭ制御ＩＣ２３が駆動しない電圧を出力、かつ、
（２）後述するステップＳ１０３で充電装置駆動電力供給回路１００の出力電圧（レギュレータ１１１に印加される電圧）をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）と設定した時には、ＰＷＭ制御ＩＣ電源回路１２０の出力電圧はＰＷＭ制御ＩＣ２３が駆動する電圧を出力、
となるようにＰＷＭ制御ＩＣ電源回路１２０を設定することにより、ステップＳ１０１で充電電力供給回路を動作させないようにしている。

次に、電池パック２が実装されたか否かを判別する（ステップＳ１０２）。電池パック２が実装されたか否かの判別は、電圧検出手段４０や電池温度検出手段９０の出力を検出することにより可能となる。ステップＳ１０２において、電池パック２が実装されたと判別された場合は、ステップＳ１０３で充電装置駆動電力供給回路１００の出力電圧をＶ２となるように設定する。つまり、マイコン５０の出力ポート５３ｃの出力をローインピーダンスレベルに設定し、抵抗１０７、１０８、１０９によって分圧される電圧値に応じたシャントレギュレータ１０６の出力値に基づき、フィードバック手段１０５はスイッチング手段１０２に信号をフィードバックすることにより出力電圧を冷却ファン８を作動させる電圧値Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）に設定する。Ｖ２に設定することによりＰＷＭ制御ＩＣ２３を作動させるに足る出力電圧がＰＷＭ制御ＩＣ電源回路１２０に出力され、充電電力供給回路は電池パック２を充電可能な状態となる。次に、マイコン５０の出力ポート５３ａをハイレベルに設定し、冷却ファン８をステップＳ１０３において設定した電圧値Ｖ２で作動させる（ステップＳ１０４）。その後、出力ポ−ト５３ｂより充電制御信号伝達手段５ｃを介しＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達し、充電電流Ｉで充電を開始する。充電開始後は満充電か否かを判別する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６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周知の−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、電池パック２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パック２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。ステップＳ１０６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５３ｂより充電制御信号伝達手段５ｃ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Ｓ１０７）。その後、電池パック２が充電装置から取り外されたと判別したら（ステップＳ１０８）、マイコン５０の出力ポート５３ａをローレベルに設定し、冷却ファン８を停止させ（ステップＳ１０９）、その後ステップＳ１０１で示したように充電装置駆動電力供給回路１００の出力電圧をＶ１に設定する。

従来の充電装置の一例を示す回路図。本発明充電装置の一実施形態を示す回路図。本発明充電装置の制御方法の一実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

２は電池パック、４はＰＷＭ制御ＩＣ２３の制御手段、６は冷却ファン、７は冷却ファン駆動手段、２０はスイッチング回路、３０は２次側整流平滑回路、１００は充電装置駆動電力供給回路、抵抗１０７〜１０９は定電圧の電圧値設定回路、５０はマイコンである。

Claims

２次電池を充電する充電装置であって、２次電池を充電する電力を供給する充電電力供給回路と、前記充電装置を駆動する電力を供給する充電装置駆動電力供給回路とを有し、前記２次電池が前記充電装置に接続されていないときは前記充電電力供給回路の出力を停止すると共に、前記充電装置駆動電力供給回路は電力を供給し、前記２次電池が前記充電装置に接続されているときは、前記充電電力供給回路と充電装置駆動電力供給回路は電力を供給し、前記充電装置駆動電力供給回路は、前記２次電池が充電装置に接続されていない時の出力電圧が、接続されている時の出力電圧よりも小さいことを特徴とする充電装置。
前記充電装置駆動電力供給回路は、前記２次電池が充電装置に接続されていないとき、少なくともマイコンが駆動可能な電力を供給することを特徴とする請求項１記載の充電装置。