JP2010051128A - 充電装置及び充電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池を充電する充電部と、電池の残容量を検出する残容量検出部と、電池の充電完了後の使用に必要な充電容量を取得する必要充電容量取得部と、電池の残容量と必要な充電容量に基づいて、電池に追加して充電する追加充電容量を算出する追加充電容量算出部と、追加充電容量の充電時に発生する消費電力に基づいて、充電部が追加充電容量を充電するときの充電電流を決定する充電電流決定部と、決定された充電電流に基づいて充電部を制御する制御部とを有する。
【選択図】図2
Description
上記算出された充電時間を出力する充電時間出力部を有してもよい。
まず、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの構成を示す回路図である。
バッテリセル20は、例えばリチウムイオン2次電池である。本実施形態の図1に示すバッテリパック1は、充放電されるバッテリセル20と、電流検出部80と、マイクロコンピュータ(マイコン)10を有する。電流検出部80は、バッテリセル20の充放電電流i[mA]を検出し、所定ゲインG[V/mA]で増幅して、電圧e[V]を出力する。
次に、マイコン10にて行われるバッテリ残容量の計算、すなわちオペアンプ13,14からの出力値に基づく充放電電流値の積算演算について説明する。なお、オペアンプ13,14は、電流検出部80の充電電流検出アンプ、放電電流検出アンプとしてそれぞれ用いられる。
従って、バッテリ残容量データY[mAh]の演算周期T毎の増減分ΔY[mAh]は、
ΔY=(i1−i2)×T
=(e1−e2)×T/G
=(x1−x2)×qT/G
となる。
ここで、x1は、充電電流検出入力端子DI1に送られる電圧e1をマイコン10内部のA/Dコンバータでディジタル変換したディジタル値である。また、x2は、放電電流検出入力端子DI2に送られる電圧e2をマイコン10内部のA/Dコンバータでディジタル変換したディジタル値である。
ここで、qT/G=2nと設定すれば、
ΔY=(x1−x2)×2n
となり、ビットシフトにより簡単に計算が行える。
次に、マイコン10内での上述した充放電電流値の積算演算によるバッテリ残容量の演算動作を説明する。
次の第2ステップでは、直前までのバッテリ残容量データY[mAh]に上記増減分ΔY、すなわち(x1−x2)×2nを加算し、加算して得られた値を新たなバッテリ残容量データY[mAh]として、マイコン10の図示しない内部メモリに格納する。これを、Y←Y+(x1−x2)×2nと表す。
次の第3ステップでは、上記演算周期の一定時間Tだけ待機した後、上記第1ステップに戻る。
ΔY=(x1−x2)×qT/G
=(x1−x2)×2k−m
となり、演算周期T毎のバッテリ残容量データY[mAh]は、Y←Y+(x1−x2)×2k−mにより更新すればよいため、加減算及び(n−m)回のビットシフトのみで電流量積算値の演算が可能となる。
ΔY=(xq/G)・T
=(qT/G)・x
と表し、電流検出部のゲインG[V/mA]とA/D変換の際の量子化ステップq[V/LSB]と上記演算手段の演算周期T[h]との関係を、
qT/G=2n (ただし、nは整数)
とし、バッテリ残容量の上記増減分ΔYを、
ΔY=2n・x
により計算する。
更に、本実施形態の図1に示すバッテリパック1について説明する。本実施形態の図1に示すバッテリパック1は、トランジスタスイッチTr1と、トランジスタスイッチTr2を更に有する。
したがって、マイコン10のスイッチング制御出力端子SW1からの信号レベルが例えばハイ(H)レベルとなったときには、トランジスタスイッチTr1がONする。これにより、抵抗R1による抵抗値は、略々0(トランジスタスイッチTr1の内部抵抗のみとなる)となり、抵抗R1とR2の抵抗値の比(R2/R1)に応じて増幅率が設定されるオペアンプ13の増幅率(アンプゲイン)は、大となる。
一方、マイコン10のスイッチング制御出力端子SW1からの信号レベルが例えばロー(L)レベルとなったときには、トランジスタスイッチTr1はOFFする。これによりオペアンプ13の増幅率は、抵抗R1とR2の抵抗値の比(R2/R1)に応じた増幅率、すなわちトランジスタスイッチTr1がONしているときよりも小さい増幅率(アンプゲイン)となる。
したがって、マイコン10のスイッチング制御出力端子SW2からの信号レベルが例えばハイ(H)レベルとなったときには、トランジスタスイッチTr2がONする。これにより、抵抗R4による抵抗値は、略々0(トランジスタスイッチTr2の内部抵抗のみとなる)となり、オペアンプ14の増幅率(アンプゲイン)は、大となる。
一方、マイコン10のスイッチング制御出力端子SW2からの信号レベルが例えばロー(L)レベルになったときには、トランジスタスイッチTr2はOFFする。これにより、オペアンプ14の増幅率(アンプゲイン)は、小となる。
したがって、通常動作モード時(Run時)のマイコン10は、アンプゲインが小となされたオペアンプ13及び14からの出力値を用いて、バッテリパック1内に流れる電流値(充電時に流れる電流値又は放電時に流れる電流値)を測定できる。このため、マイコン10は、例えば充放電時に流れる電流値がわかり、充放電電流積算値等が計算できるようになる。
バッテリパック1にはマイコン10とバッテリセル20と電流検出部80とが少なくとも設けられ、マイコン10には充電装置100との間で通信を行うための通信回路と、バッテリパック1の状態を示す情報を生成する情報生成回路とが内蔵される。
情報生成回路では、バッテリバック1の状態を示す情報として、例えばバッテリ残容量情報や充放電電流検出情報、バッテリセル電圧検出情報、温度検出情報、最大充放電サイクル回数に達した時のフラグ等を生成する。なお、バッテリパック1のマイコン10と充電装置100との通信は、バッテリパック1側のバッファアンプ11及び12、コントロール端子TMcを介して行われる。
次に、本実施形態に係るバッテリパック1の充電装置100の構成について説明する。図2は、本実施形態に係るバッテリパック1の充電装置100の構成を示すブロック図である。充電装置100は、入力フィルタ102と、整流回路103,107と、PMW制御回路106などからなる一次回路と、定電圧定電流制御を行う充電制御回路113などを有する。
次に、本実施形態に係る充電装置100における推奨充電時間の算出方法について説明する。
算出式・・・P=R×I2
ここでP:消費電力、R:充電経路のインピーダンス、I:充電電流である。
(2)充電レート(充電電流)を下げると、充放電サイクルによる容量劣化を軽減することができる。代表例として、あるサンプルの放電容量を1サイクル後と、300サイクル後を比較すると、0.7C充電では−20%の容量劣化となったが、0.2C充電は−7%と大幅に容量劣化を軽減した。よって、推奨充電電流は、充放電サイクルによる容量劣化を軽減できる0.2C前後を目標とするとよい。
(3)ユーザーの利便性を考慮すると、推奨充電電流は、残容量が0%から100%までの充電が一晩(6時間程度)で終了する電流値とするとよい。
(1)自己発熱の観点:1Cで充電した時の自己発熱を100%とすると、0.2C充電の時は約4%と発熱による消費電力を抑制できる。
(2)容量劣化の観点:0.2C充電の場合、300サイクル後でも容量劣化が−7%と軽減される。
(3)充電時間の観点:0.1C充電では約8時間30分となり一晩で充電が終了しないが、0.2C充電ならば約4時間15分となり一晩で充電が終了する。
なお、0.2C充電で充電する時間に限定されず、これらの3つの観点から、他の充電レートで推奨充電時間を決定してもよい。
追加充電時間={(ユーザーが設定した残容量)−(充電前の残容量)}÷充電電流 ・・・・・ 式1
から充電装置100で、0.3C充電は不可能であるため選択肢から省かれている。
使用可能時間(残容量)については、充電装置100にバッテリパック1が接続されたとき、充電装置100が残容量の検出結果を表示する。そこで、ユーザーによる操作部116の操作によって、今の残容量よりどの程度残容量を高くするかが設定される。
ユーザーが必要な残容量を選択し、充電時間が決定された後に、充電電流は式2で算出される。
充電電流={(ユーザーが設定した残容量)−(充電前の残容量)}÷充電時間 ・・・・・ 式2
従来の充電装置の充電動作、及び充電開始から充電終了までの充電表示の例を比較例として説明する。図9は、従来の充電装置の充電動作を示すフローチャートである。図10は、従来の充電装置の充電時の表示例を示す説明図である。
(1)バッテリパック1を充電するとき、バッテリパック1内部の充電経路は、インピーダンスを持っているため、充電電流が流れるとバッテリパック1は自己発熱をする。この発熱によって充電装置100から供給される電力が無駄に消費されていた。
算出式・・・P=R×I2
ここで、P:消費電力、I:充電電流、R:充電経路のインピーダンスである。
10 マイコン
20 バッテリセル
80 電流検出部
100 充電装置
102 入力フィルタ
103,107 整流回路
106 PMW制御回路
113 充電制御回路
Claims (6)
- 電池を充電する充電部と、
前記電池の残容量を検出する残容量検出部と、
前記電池の充電完了後の使用に必要な充電容量を取得する必要充電容量取得部と、
前記電池の残容量と前記必要な充電容量に基づいて、前記電池に追加して充電する追加充電容量を算出する追加充電容量算出部と、
前記追加充電容量の充電時に発生する消費電力に基づいて、前記充電部が前記追加充電容量を充電するときの充電電流を決定する充電電流決定部と、
前記決定された充電電流に基づいて前記充電部を制御する制御部と
を有する、充電装置。 - 前記決定された充電電流と前記追加充電容量に基づいて、前記追加充電容量の充電にかかる充電時間を算出する充電時間算出部を有する、請求項1に記載の充電装置。
- 前記算出された充電時間を出力する充電時間出力部を有する、請求項2に記載の充電装置。
- 前記追加充電容量を充電する際の充電希望時間を取得する充電希望時間取得部を有し、
前記充電電流決定部は、前記消費電力と前記充電希望時間に基づいて、前記充電電流を決定する、請求項1〜3のいずれかに記載の充電装置。 - 前記必要充電容量取得部は、前記電池の使用予定時間を取得して、前記電池の充電完了後の使用に必要な充電容量を算出し取得する、請求項1〜4のいずれかに記載の充電装置。
- 電池を充電するステップと、
前記電池の残容量を検出するステップと、
前記電池の充電完了後の使用に必要な充電容量を取得するステップと、
前記電池の残容量と前記必要な充電容量に基づいて、前記電池に追加して充電する追加充電容量を算出するステップと、
前記追加充電容量の充電時に発生する消費電力に基づいて、前記充電部が前記追加充電容量を充電するときの充電電流を決定するステップと、
前記決定された充電電流に基づいて前記充電部を制御するステップと
を有する、充電方法。
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