JP2011097741A

JP2011097741A - 充電装置

Info

Publication number: JP2011097741A
Application number: JP2009249139A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Aradate; 卓央荒舘
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN102055227A; US8841880B2; CN102055227B; US20110101911A1; JP5549184B2

Abstract

【課題】
低コストで充電回路の故障判別機能を搭載することができる充電装置を提供すること。
【解決手段】
二次電池を充電する充電回路と、前記充電回路から前記二次電池への充電状態を切り替える充電切替回路と、前記充電切替回路が前記充電状態を充電停止状態に切り替えたときに前記充電回路に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路で電流が検出されると異常信号を出力する信号出力手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を充電する充電装置に関する。

一般的な充電装置においては、充電装置の出力線路中に特許文献１に開示されているようなリレー等のスイッチを設けて、充電前や充電終了後等の充電を行っていない場合には前記スイッチを遮断することにより、充電装置の電力供給ラインと二次電池が接続しないようにして、二次電池に電力を供給できないようにしている。

特開２００２−３４９２４３号公報

しかし、かかる充電装置においては、何らかの故障によって充電されるべき状態ではないのに電力供給手段であるスイッチング電源から二次電池に電力が供給されてしまい充電してしまう可能性がある。

このため、多機能タイプの充電装置のように充電装置内にマイコンが設けられているものでは、このようなことを想定してタイマー機能を利用して充電開始からの経過時間に基づいてスイッチング電源を停止するようにマイコンを動作させることも考えられる。しかし、廉価タイプの充電装置では、マイコンが搭載されていないものがあるため、上記と同様の機能を持たせるためにマイコンを搭載しなければならずコスト高になるという問題があった。

また、従来では充電中の充電電圧や充電電流の変化に基づいて異常を判別する方法があるが、これは、一旦電池への充電が開始された後に異常の判別がなされるため、できれば電池への充電を始める前に異常を判別できるほうが望ましい。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は低コストで故障判別機能を付加できる充電装置を提供することである。

また、他の目的は、充電を始める前の充電停止中に異常を判別することができる充電装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、二次電池を充電する充電回路と、二次電池への充電を停止しているときに充電回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段で電流が検出されると異常信号を出力する信号出力手段とを備えることを特徴としている。

請求項２の発明では、信号出力手段の出力に基づいて充電回路への電源供給を遮断する遮断手段とを備えることを特徴としている。

請求項３の発明では、二次電池の装着を検出する電池装着検出手段を備え、電流検出手段は、電池装着検出手段にて未装着と判断されたときに電流を検出することを特徴としている。

請求項４の発明では、二次電池の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の温度に応じて充電を停止する充電停止手段とを備え、電流検出手段は、充電停止手段が充電を停止しているときに充電回路に流れる電流を検出することを特徴としている。

請求項５の発明では、二次電池を充電する充電回路と、充電回路から二次電池への充電状態を切り替える充電切替手段と、充電切替手段が充電状態を充電停止状態に切り替えたときに充電回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段で電流が検出されると異常信号を出力する信号出力手段とを備えることを特徴としている。

請求項６の発明では、信号出力手段の出力に基づいて充電回路への電源供給を遮断する遮断手段と、を備えることを特徴としている。

請求項７の発明では、二次電池の装着を検出する電池装着検出手段を備え、充電切替手段は、電池装着検出手段で未装着と判断されたときに充電状態を充電停止状態に切り替えることを特徴としている。

請求項８の発明では、二次電池の温度を検出する温度検出手段を備え、充電切替手段は、温度検出手段の検出状態に応じて充電状態を充電停止状態に切り替えることを特徴としている。

請求項９の発明では、電池を充電するため電力を供給するスイッチング電源と、電池の定性的な情報に基づき充電の有無を決定する充電オンオフ判断回路と、充電電流を検出する充電電流検出回路と、充電電流検出回路において電流の検出するか否かの制御を行う充電電流検出制御手段と、スイッチング電源のスイッチングを停止するためのスイッチング電源停止手段とを有する充電装置であって、スイッチング電源停止手段は、充電停止中において充電電流が検出された場合にスイッチング電源を停止するような構成になっており、更に、充電オンオフ判断回路において充電を行うと判断した場合は充電電流検出制御手段は、充電電流検出手段における電流の検出を不許可とし、充電オンオフ判断回路において充電を行わないと判断した場合は充電電流検出制御手段は、充電電流検出手段における電流の検出を許可するように構成ことを特徴としている。

請求項１０の発明では、充電の有無を決定する電池の定性的情報が温度情報であることを特徴としている。

請求項１１の発明では、二次電池を充電する充電回路と、充電回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、充電回路から二次電池への充電状態を切り替える充電切替手段と、充電切替手段が充電状態を充電停止状態に切り替えたことを条件に電流検出手段の電流検出を許容する電流検出制御手段と、電流検出手段で電流が検出されると異常信号を出力する信号出力手段とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、充電停止中に充電回路に電流が流れると充電回路が異常であると判別するようにした。このため、充電停止中に電流を検出する機能と、電流を検出したときに異常を出力する機能を付加すればよく、複雑な機能を搭載することなく低コストで故障を判別することができる。
また、充電を開始する前に充電装置の異常を判別できるため、より安全性の高い充電装置を提供できる。

本発明充電装置の一実施形態を示す回路図。本発明充電装置の一実施形態を示すフローチャート。

図１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2aを直列接続した電池パックである。2bは素電池の電池温度を検出するためのサーミスタ等の感温素子である。2a及び2bは電池パック内に設置されている。3は電池温度検出手段である。電池が実装されることによって電池側及び充電装置側の端子を介して感温素子２bと電池温度検出手段3とが接続されるものとする。感温素子2bはサーミスタ等の温度に対応して抵抗値が変化するような素子であるものとし、電池温度検出手段3は感温素子2bの値に対応して、電池温度がある所定値以上であるか否かによって信号を出力するもとのとする。本実施形態においては、電池温度が所定値以下の場合は充電を許可し、所定値以上に達したら充電を不許可とするような仕様の充電装置であるとする。この時電池温度検出手段3は、電池温度が所定以上である場合は、ロー信号を出力し、所定以下である場合はハイ信号を出力するものとする。

充電電流検出手段4は、抵抗4a、4b、4c及びオヘ゜アンフ゜4dから構成されている。充電電流検出手段4はシャント抵抗61iにおける電流が流れることによる電圧降下を反転増幅して出力するような構成になっている。すなわち充電電流が流れている場合は充電電流に応じた信号を出力し、充電電流が流れていない場合は信号が出力されないような構成になっている。

充電電流検出制御手段5は、抵抗5a、信号用FET5b、5cから構成されている。前述したように、電池温度検出手段3においては、充電不許可時（電池温度が所定値以上）にはハイ信号が出力される。この信号はFET5のケ゛ートに入力されるため、この場合FET5bはオン状態になる。よってFET5cはグランド電位になるためオフ状態となり、充電電流検出手段4において充電電流が検出された場合は、充電電流の値に応じた信号が出力される。一方、充電許可時（電池温度が所定値以下）には、電池温度検出手段3においてロー信号が出力される。この信号はFET5のケ゛ートに入力されるため、この場合FET5bはオフ状態になる。よってFET5cは抵抗5aを介してケ゛ート信号が出力されるのでオン状態となり、充電電流検出手段4において充電電流が検出されても、信号が出力されない。このように充電許可時には充電電流を検出できない状態に、逆に充電不許可時には充電電流を検出できる状態になっている。

電力供給手段6は二次電池へスイッチング電源等からの電力を供給するためのものである。電力供給手段６としてはリレーが例として挙げられが、これに限るものではない。電力供給制御手段7は電力供給手段6を制御するためのものである。電力供給制御手段7の制御により電力供給手段を介してスイッチング電源から二次電池への電力供給の有無が制御される。本実施形態においては、電池温度検出手段3からの信号に基づき、充電許可時には、スイッチング電源から二次電池へ電力が供給されるように制御を行い（例えばリレーであればリレーをオンする）、充電不許可時には電力が供給されないように制御を行う（例えばリレーであればリレーをオフする）。
信号伝達手段８は２次側整流平滑回路３０の充電電圧制御信号及び充電電流制御信号をＳＷ制御ＩＣ２３に帰還するもので、ホトカプラ等から構成される。

９はSW制御IC23そのものを停止させるためのホトカプラの送信部9a(受信部は２６ｂ)、FET9b等からなるSW制御IC停止手段である。FET9bがオンした場合はホトカプラの送信部9aを介してSW制御IC停止回路２６へ信号が伝達される。FET9bのケ゛ートには、充電電流検出回路からの出力が入力される。前述したように充電許可時には充電電流検出回路4において充電電流が検出されるわけであるが、充電電流検出制御回路5によって信号が出力されないような構成になっている。一方、充電不許可時には充電電流検出制御回路5において、充電電流検出回路4において充電電流が検出された場合は信号が出力されるような構成になっている。しかし、通常時においては充電不許可時には電力供給手段6において充電がなされないように制御されているので、電流も検出されない。しかし、充電不許可時において、例えば電流供給手段6の故障等により充電が行われている場合は、充電電流検出回路4から充電電流に応じた信号が出力される。この信号はFET9bのケ゛ートに入力され、ホトカプラの送信部9aを介してSW制御IC停止回路２６へ信号が伝達されることによりスイッチングが停止されるような構成になっている。このような構成にすることによって、充電不許可時に何らかの故障によって電池が充電されてしまった場合は安全に充電を停止することができる。
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、起動抵抗２４、ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２５、SW制御IC停止回路２６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等の制御系電源用の出力巻線である。なお１次巻線２１ａに対し，２次巻線２１ｂ，４次巻線２１ｄは同極性で，３次巻線２１ｃは逆極性である。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SW電源ICである。また、SW制御IC用定電圧回路２５はダイオード２５ａ、コンデンサ２５b、抵抗２５c、トランジスタ２５d、ツェナダイオード２５eから構成される。通常時においてはSW制御IC23は、ツェナダイオード２５eとトランジスタ25dのベース・エミッタ間の電圧約0.6Vの和に相当する電圧が印加されて、これを電源としてスイッチングを行っている。ツェナダイオード2５eについてはSW制御用IC23の電源電圧として、その値を十分満たす値のものを選定する。

SW制御IC停止回路２６は、抵抗26a、ホトカプラの受信部26b（送信部は9a）、ツェナダイオード26c、PchのFET26d、NchのFET26e、26fから構成される。通常時においては、SW制御IC停止回路26は動作していないが、SW制御IC停止手段９からの信号によりホトカプラ26bがオンすると、整流ダイオード１１によって整流されたACラインの電圧が抵抗26aを介してツェナダイオード26cに印加される。するとFET26eのケ゛ートにツェナダイオード26cのツェナ電圧に相当する値が印加されてオン状態となる。FET26eがオン状態となると、FET26dのケ゛ート・ト゛レイン間の電位によりFET26dがオンする。また、同時にFET26fのケ゛ートにもツェナダイオード26fのツェナ電圧に相当する値が印加されてFET26fはオン状態となる。通常時においてはSW制御IC23は、ツェナダイオード２５eとトランジスタ25dのベース・エミッタ間の電圧約0.6Vの和に相当する電圧が印加されていることにより動作状態にあるわけであるが、FET26fがオン状態となることにより、いわばツェナダイオード26fはショート状態になるため、印加される電圧が降下し0.6V程度まで落ちる。印加される電圧がSW制御IC23の動作に必要な電圧以下になると、当然SW制御IC23はスイッチング動作を停止することになる。SW制御を停止すると、ホトカプラの送信側9bからの信号も伝達されなくなるため、再びFET26fがオフしてしまい、再度はSW制御IC23は、ツェナダイオード２５eとトランジスタ25dのベース・エミッタ間の電圧約0.6Vの和に相当する電圧が印加されてしまい動作状態になってしまう。しかし本実施形態においてはホトカプラの受信側26bにおいて一旦オン状態になって以降はホトカプラの受信側26bがオンしていようがオフしていようが、ACラインの電圧を利用してFET26d、FET26e、FET26fがオン状態になるようになっているので、ACラインの電圧がなくならない限りはFET26fはオン状態を保ち続け、SW制御IC23が動作できないようになっている。

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次側整流平滑回路であり、電池の充電を行う。
４０はダイオード４１、コンデンサ４２、４４からなる定電圧回路で、この電圧はオペアンプ等の電源となる。
５０は充電状態を表示するための表示手段である。本実施形態においては表示手段70はLEDであるとして、充電中はLEDを点灯させ、充電していない場合はLEDを消灯させるものとする。LEDのオンオフは、電池温度検出手段3からの信号に連動するような構成になっているものとする。
60は、電源電圧は抵抗60a、60b、60c、60d、60e、60f、オペアンプ60g、ダイオード60h、シャント抵抗60iから構成される充電電流制御手段である。充電電流は、抵抗60aと60bとでVccを分圧した値と、充電電流が流れることによるシャント抵抗60iの電圧降下の値との差分値を、抵抗60cと抵抗60dによって分圧した値が0になるような値が充電電流として流れるように制御信号を、信号伝達手段8を介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還することで制御される。
70は、抵抗70a、ツェナダイオード70bから構成される充電電圧制御手段である。充電電圧はツェナダイオード70ｂの値によって定められる。充電電圧は充電電流同様に、制御信号を、信号伝達手段8を介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還することで制御される。

図2に本実施形態における充電の流れをフローチャートによって示す。まず、電池温度検出回路3において電池温度が所定値以上か否かを判別する（ステップ201）。ステップ201において電池温度が所定値以上ではないと判別した場合は、電池温度検出回路3からロー信号が出力され充電が許可される（ステップ202）。前述したように、この際、充電電流検出制御回路5は、電池温度検出回路3からの信号に基づき充電電流の検出が禁止されるように構成されている（ステップ203）。同様に、表示手段50は電池温度検出回路3からの信号に基づき充電中であることを示す表示を行うように構成されている（ステップ204）。一方ステップ201において電池温度が所定値以上であると判別した場合は、電池温度検出回路3からハイ信号が出力され充電が禁止される（ステップ205）。前述したように、この際、充電電流検出制御回路5は、電池温度検出回路3からの信号に基づき充電電流の検出が許可されるように構成されている（ステップ206）。同様に、表示手段50は電池温度検出回路3からの信号に基づき充電中でないことを示す表示を行うように構成されている（ステップ207）。この時、充電電流検出回路4において充電電流が検出されたか否かを判別し（ステップ208）、検出されない場合はステップ205に戻る。ステップ208において充電電流が検出された場合は、前述したように充電の許可を行っていないのに充電電流が検出されるということは何らかの故障が発生していると判断され、スイッチング停止手段8を介してスイッチングが停止するような構成になっている（ステップ209）。

また、本実施形態では、電池温度検出回路３により電池の装着判別、満充電判別をおこない、電力供給制御手段７を作動させるように構成したが、例えば、電池温度検出回路３の代わりに電池の電圧を検出する手段を設け、検出された電池電圧に基づいて電池の装着判別、満充電判別を行うようにしても良い。

2 電池パック、2b 感温素子、３電池温度検出回路（電池装着検出手段、充電切替手段）、4 充電電流検出回路（電流検出手段）、5 充電電流検出制御手段（電流検出手段、電流検出制御手段）、6 電力供給手段（充電停止手段、充電切替手段）、７電力供給制御手段（充電停止手段、充電切替手段）、8 スイッチング停止手段、９ホトカプラ（信号出力手段）、２０スイッチング回路（遮断手段）26 SW制御IC停止回路、３０ 2次側整流平滑回路（充電回路）、６０定電流制御回路、７０定電流設定回路

Claims

二次電池を充電する充電回路と、
前記二次電池への充電を停止しているときに前記充電回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で電流が検出されると異常信号を出力する信号出力手段とを備えることを特徴とする充電装置。
前記信号出力手段の出力に基づいて前記充電回路への電源供給を遮断する遮断手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記二次電池の装着を検出する電池装着検出手段を備え、
前記電流検出手段は、前記電池装着検出手段にて未装着と判断されたときに前記電流を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の充電装置。
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の温度に応じて前記充電を停止する充電停止手段とを備え、
前記電流検出手段は、前記充電停止手段が充電を停止しているときに前記充電回路に流れる電流を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の充電装置。
二次電池を充電する充電回路と、
前記充電回路から前記二次電池への充電状態を切り替える充電切替手段と、
前記充電切替手段が前記充電状態を充電停止状態に切り替えたことを条件に前記充電回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で電流が検出されると異常信号を出力する信号出力手段とを備えることを特徴とする充電装置。
前記信号出力手段の出力に基づいて前記充電回路への電源供給を遮断する遮断手段と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
前記二次電池の装着を検出する電池装着検出手段を備え、
前記充電切替手段は、電池装着検出手段で未装着と判断されたときに前記充電状態を充電停止状態に切り替えることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の充電装置。
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記充電切替手段は、前記温度検出手段の検出状態に応じて前記充電状態を充電停止状態に切り替えることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の充電装置。
電池を充電するため電力を供給するスイッチング電源と、電池の定性的な情報に基づき充電の有無を決定する充電オンオフ判断回路と、充電電流を検出する充電電流検出回路と、前記充電電流検出回路において充電電流の検出するか否かの制御を行う充電電流検出制御手段と、前記スイッチング電源のスイッチングを停止するためのスイッチング電源停止手段とを有する充電装置であって、前記スイッチング電源停止手段は、前記充電電流において充電電流が検出された場合にスイッチング電源を停止するような構成になっており、更に、前記充電オンオフ判断回路において充電を行うと判断した場合は前記充電電流検出制御手段は、前記充電電流検出手段における充電電流の検出を不許可とし、前記充電オンオフ判断回路において充電を行わないと判断した場合は前記充電電流検出制御手段は、前記充電電流検出手段における充電電流の検出を許可するように構成した充電装置。
前記充電の有無を決定する電池の定性的情報が温度情報であることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
二次電池を充電する充電回路と、
前記充電回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記充電回路から前記二次電池への充電状態を切り替える充電切替手段と、
前記充電切替手段が前記充電状態を充電停止状態に切り替えたことを条件に前記電流検出手段の電流検出を許容する電流検出制御手段と、
前記電流検出手段で電流が検出されると異常信号を出力する信号出力手段とを備えることを特徴とする充電装置。