JP2007074805A - 二次電池の充電状態表示方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二次電池の放電完了時点と、電池の内部で温度ピークに達する時点との間にタイムラグがあることを考慮して、適切なタイミングで充電完了の表示と、放電開始の適切な時期の表示を行なう。
【解決手段】 充電完了後、所定の判定開始基準にしたがって、電池温度変化の監視を行いながら放電開始の適正温度範囲内まで低下したか否かを判定し、前記放電開始の適正温度範囲内に到達した時点から放電可能であること示す表示を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、二次電池の充電状態表示方法およびその装置に係り、特に、充電完了の他、放電開始に適した時期を知らせる表示を最適なタイミングで表示するようにした二次電池の充電状態表示方法およびその装置に関する。

様々な機械の電源として、複数の二次電池をつないだバッテリパックが広汎に利用されている。そして近年では、バッテリの高容量化、高密度化が急速に進んでいる。
この種のバッテリパックでは、容量が大きくなると、体積が増大して中心部から外側への伝熱性が低下するため、充放電時の発生熱による電池温度の上昇が大きくなる。電池の温度は、高すぎると電池が劣化し寿命に悪影響を与えるので、放熱条件を整えたり、大容量のバッテリでは冷却をすることがある。

従来、バッテリの充電器には、充電完了を知らせる表示ランプが設けられている。充電が完了したことを表示ランプの点灯によって知ることができる。

図４は、従来のバッテリ充電器で充電したときの温度と電圧の時間的な変化を示すグラフである。

図４において、時間Ｔ1は、充電完了を知らせるランプが点灯する時点を示している。この場合、電圧等の変化から満充電を検出し、充電完了時とランプの点灯時が一致するようになっている。

従来のように充電完了と同時に表示ランプをさせる場合、ユーザは、充電完了の表示を頼りに放電を開始するようになる。表示ランプは充電完了を知らせるためのものであるから当然である。問題となるのは、表示ランプの点灯後、いつ放電が開始されるかである。

そこで、放電開始時点を場合に分けて説明する。
まず、仮に、充電完了時点から適当な時間が経過したＴ3の時点で放電を開始したとする。このＴ3の時点では、図４に示すように、電池の温度は、放電開始の推奨温度と一般にされている４０℃以下に低下していることから、このＴ3の時点でユーザーが放電を開始したとしても何も問題は生じない。

ところが、Ｔ1とＴ3との中間の時点Ｔ2で放電を開始した場合を考える。この時点Ｔ2では、電池の温度は放電開始推奨温度を超えている。というのは、電池が満充電になった後でも、電池の内部では化学反応が進行して温度上昇が続いており、充電完了時点から遅れて温度ピークを迎えるからである。

このように充電完了時点と温度ピークとの間にタイムラグがあることから、ユーザーが充電完了の表示ランプの点灯をみて、Ｔ2の時点で放電を開始すると、電池の温度は放電開始推奨温度を越えている上に、放電により更なる温度上昇を招くことになる。そして、このようなタイミングでの充放電の繰り返しの結果、電池を劣化させ、バッテリパックの寿命を短くさせる。また安全上も問題がある。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、二次電池の放電完了時点と、電池の内部で温度ピークに達する時点との間にタイムラグがあることを考慮して、適切なタイミングで充電完了の表示と、放電開始の適切な時期の表示を行えるようにした二次電池の充電状態表示方法およびその装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の二次電池セルを直列に接続した組電池の充電状態を表示する二次電池の充電状態表示方法において、充電完了後、所定の判定開始基準にしたがって、電池温度変化の監視を行いながら放電開始の適正温度範囲内まで低下したか否かを判定し、前記放電開始の適正温度範囲内に到達した時点から放電可能であること示す表示を行うことを特徴とするものである。

また、請求項５に係る発明は、複数の二次電池セルを直列に接続した組電池の充電状態を表示する二次電池の充電状態表示装置において、電池の充電状態をその状態に応じた表示態様で表示する表示器と、電池の温度を検出する温度検出手段と、充電完了後、所定の判定開始基準にしたがって、電池温度変化の監視を行いながら放電開始の適正温度範囲内まで低下したか否かを判定する判定手段と、放電開始の適正温度範囲内まで低下したと判定された場合に、前記表示器の表示を放電可能であることの表示に切り替える表示切替手段と、を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、充電完了時点と電池温度のピーク到達時点との間にタイムラグがあるという充電特性が、表示部の表示に適正に反映されるので、不適切なタイミングで放電を開始するようなことがなくなり、電池寿命を短縮するような放電を未然に防止することができる。

以下、本発明による二次電池の充電状態表示方法およびその装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態による二次電池の充電表示装置のブロック構成図である。この実施形態は、充電表示装置を充電器に組み込んで構成した実施の形態である。

この図１において、参照番号１０は、充電対象となる二次電池の電池パックを示し、参照番号１２は充電に必要な電力を供給する電源ユニットを示す。電池パック１０は、たとえば、３０個のセルが直列に接続されているものである。

図１において、参照番号１４は、充電表示装置全体を示す。この充電表示装置１４は、電池の充電状態を示す表示部１５と、電池の温度を検出する温度センサ１６と、マイクロコンピュータ１８と、トランジスタを用いたスイッチ１９、確認ボタン２０、放電制限用の切り替えスイッチ２１とから構成されている。

表示部１５には、充電状態の段階を「瞬時点灯」、「点灯」、「点滅」の三種類の点灯の仕方で区別して表示する表示ランプが用いられている。この実施形態では、表示ランプの「瞬時点灯」は、電池の充電が未了であることを知らせる表示で瞬間的に点灯する。「点滅」は、電池の充電が完了した状態を知らせる表示で所定の時間間隔で点滅を繰り返す。表示ランプの「点灯」は、電池が放電可能な状態になっていることを知らせる表示である。確認ボタン２０は、これを押すと、表示部１５は、そのときの電池状態に応じて、点滅したり点灯するようになっている。

マイクロコンピュータ１８は、充電完了後に、所定の判定開始基準にしたがって、電池て温度変化の監視を行いながら温度が放電開始の適正温度範囲内まで低下したか否かを判定する判定手段としての機能や、放電開始適正温度まで低下したと判定された場合に、表示部１５の表示を放電可能であることの表示に切り替える表示制御手段としての機能をソフトウェアによって実現するようになっている。

次に、マイクロコンピュータ１８の制御動作との関連において、充電表示方法について図１および図２を参照しながら説明する。
図２は、二次電池を充電する間の電圧および温度の変化と、制御動作との関係を示すタイムチャートである。

図２のタイムチャートにおいて、Ｔ1は、充電が進んで電池パック１０の充電が完了した時点を示している。この時点Ｔ1で、マイクロコンピュータ１８は、電圧が規定の電圧に達したことを検出すると、スイッチ１９をＯＦＦにして充電回路を開き、充電を停止する。これと同時に、マイクロコンピュータ１８は、表示部１５の表示モードを「点滅」とする。なお、この段階では、放電制御用の切り替えスイッチ２１は、開いたままである。

次に、Ｔ2は、電池温度がピークに達した時点を示している。電池温度は、充電が完了した時点Ｔ1の前後から急に上昇し出し、やがて温度ピークに到達してから徐々に低下していく。

図２において、実施形態で用いた二次電池では、４０℃が放電開始の適正温度の境界である。この４０℃を境にして、電池温度がそれよりも高い状態で放電をすると、更なる温度上昇を招き電池を劣化させる原因となるが、電池温度が４０℃以下に下がっていれば放電を開始しても問題はない。したがって、この実施形態では、４０℃を放電開始の適正温度の判定基準としている。なお、この適正温度の判定基準は、電池の種類や容量によって変わってくることはもちろんである。

次に、適正温度の判定処理の開始時点は、適正温度の判定を正確さに関係する。たとえば、充電完了直後から、電池温度の検出値と４０℃を比較してながら判定処理を行うと、ピークに到達する前に４０℃を越える時点と、ピークを越えてから４０℃以下に下がる時点とを区別できない。

そこで、充電完了時点Ｔ1から所定時間、この実施形態では３０分を経過した時点Ｔ3から以後、マイクロコンピュータ１８は、温度センサ１６により電池温度を監視しながら、電池温度が放電開始の適正温度範囲内に低下するか否かの判定処理を開始する。

このように、本実施形態では、３０分という経過時間を判定開始基準としている。すなわち、充電対象の同種、同容量の電池について、実際に電池温度がピークを過ぎるまでの時間を測定した結果に基づいて決めてある。この電池の場合、充電完了後、３０分を経過していれば、確実に電池温度はピークを過ぎて漸減していくことが実験的に確かめられている。

したがって、マイクロコンピュータ１８は、充電完了時点Ｔ1から３０分を経過した時点Ｔ3から判定処理を開始する。やがて電池温度が４０℃の境界を割った時点Ｔ4にいたると、電池温度が放電開始適正温度になったと判定され、これと同時に、表示部１５の表示モードが「点灯」に切り替わる。そして、表示部１５の表示を「点灯」に切り替えるのと連動させて、放電制限用の切り替えスイッチ２１が閉じられる。これにより、放電が開始される。

以上のようにして、二次電池では、充電完了時点Ｔ1と温度ピークとの間にタイムラグがあり、その充電特性が、表示部１５の表示に反映される。ユーザーは、放電可能であるこを示す表示ランプの点灯をみて、電池温度が放電開始適正温度内にある時点Ｔ4以後の適切なタイミングで放電を開始するようになるので、電池寿命を短縮するような放電を未然に防止することができる。また、本実施形態のように、放電可能であることを示す表示ランプの点灯に連動させて、放電の制限およびその解除を行うようにすれば、放電開始適正温度の範囲外にあめる電池が放電されるのを確実に防止できる。

次に、図３は、他の実施形態による充電表示方法を示すタイムチャートである。この図３のタイムチャートでは、判定開始基準に充電完了時からの経過時間を用いる図２の場合と異なり、充電完了後、電池温度変化の温度勾配の変化を判定開始基準として、温度勾配が正から負に転じる時点からとし、判定基準時から判定処理を開始するようになっている。

すなわち、図３において、電池温度は、充電が完了した時点Ｔ1の前後から急に上昇し出し、やがて温度ピークに到達するまでは、温度勾配は正である。温度ピークを過ぎると、温度勾配は負に転じる。この時点Ｔ2から電池の検出温度と放電開始適正温度の判定基準である４０℃とを比較しながら判定処理が開始され、やがて電池温度が４０℃の境界を割った時点Ｔ4にいたると、電池温度が応電開始適正温度になったと判定され、これと同時に、表示部１５の表示モードが「点灯」に切り替わる。

ユーザーは、放電可能を知らせる表示ランプの点灯をみて、電池温度が放電開始適正温度内にある時点Ｔ2以後の適切なタイミングで放電を開始するようになるので、電池寿命を短縮するような放電を未然に防止することができる。

以上、本発明について、充電表示装置を充電器に組み込んだ構成を実施形態として挙げて説明したが、本発明の充電表示装置は、二次電池のバッテリーパックに組み込むようにしてもよい。

本発明の一実施形態による充電表示装置のブロック図。 本発明の一実施形態による充電表示方法のタイムチャート。 本発明の他の実施形態による充電表示方法のタイムチャート。 二次電池の充電時の電圧、温度変化の特性を示す図。

符号の説明

１０ 電池パック
１２ 電源ユニット
１４ 充電表示装置
１５ 表示部
１６ 温度センサ
１８ マイクロコンピュータ
２０ 確認ボタン
２１ 放電制御用切り替えスイッチ

Claims (8)

1. 複数の二次電池セルを直列に接続した組電池の充電状態を表示する二次電池の充電状態表示方法において、
   充電完了後、所定の判定開始基準にしたがって、電池温度変化の監視を行いながら放電開始の適正温度範囲内まで低下したか否かを判定し、
   前記放電開始の適正温度範囲内に到達した時点から放電可能であること示す表示を行うことを特徴とする二次電池の充電状態表示方法。
2. 前記判定開始基準は、充電完了後の時間を測定した結果に基づいた経過時間であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電状態表示方法。
3. 前記判定開始基準は、充電完了後、電池温度変化の温度勾配が正から負に転じる時点とすることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電状態表示方法。
4. 前記電池温度が放電開始の適正温度の範囲外にあるときは、充電状態の表示と連動して放電を制限することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電状態表示方法。
5. 複数の二次電池セルを直列に接続した組電池の充電状態を表示する二次電池の充電状態表示装置において、
   電池の充電状態をその状態に応じた表示態様で表示する表示器と、
   電池の温度を検出する温度検出手段と、
   充電完了後、所定の判定開始基準にしたがって、電池温度変化の監視を行いながら放電開始の適正温度範囲内まで低下したか否かを判定する判定手段と、
   放電開始の適正温度範囲内まで低下したと判定された場合に、前記表示器の表示を放電可能であることの表示に切り替える表示切換手段と、
   を備えることを特徴とする二次電池の充電状態表示装置。
6. 前記判定手段は、充電完了後の時間を測定した結果に基づいた経過時間を判定開始基準として、判定処理を開始することを特徴とする請求項５に記載の二次電池の充電状態表示装置。
7. 前記判定手段は、充電完了後、電池温度変化の温度勾配が正から負に転じた時点を判定開始基準として判定処理を開始することを特徴とする請求項５に記載の二次電池の充電状態表示装置。
8. 前記電池温度が放電開始の適正温度の範囲外にあるときは、充電状態の表示と連動して放電を制限する放電制限手段を具備することを特徴とする請求項５に記載の二次電池の充電状態表示方法。

Images