JP2012005268A - Charger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2次電池からなる電池パックを充電する充電装置に関するものである。 The present invention relates to a charging device for charging a battery pack made of a secondary battery.
電動工具において、コードレス電動工具の駆動源となる電池として更なる高容量化、軽量化が要望されている。この要望に対して、出力密度が高いリチウムイオン電池が用いられ始めている。 In electric tools, there is a demand for further increase in capacity and weight as a battery serving as a drive source for a cordless electric tool. In response to this demand, lithium ion batteries having a high output density have begun to be used.
リチウムイオン電池においては、過電圧・過放電を行うと、電池の劣化・発火の可能性があり、一般的には電池パック内において、専用の保護ICや、マイコンを設け、過放電・過電圧を監視し、電池電圧が所定電圧値以下又は以上の場合には、前記専用の保護ICやマイコンから信号を出力し、この信号に基づき充放電経路を遮断してしまうといった安全性に対する対策が行われている(例えば特許文献1参照)。また、過電圧等の理由で電池温度が異常に上昇してしまった場合においても、充電が停止するような構成になっているのが一般的である。 Lithium-ion batteries may be subject to deterioration or ignition if overvoltage or overdischarge occurs. Generally, a dedicated protection IC or microcomputer is installed in the battery pack to monitor overdischarge and overvoltage. However, when the battery voltage is less than or equal to the predetermined voltage value, a countermeasure is taken against safety such that a signal is output from the dedicated protection IC or microcomputer and the charge / discharge path is cut off based on this signal. (For example, refer to Patent Document 1). Moreover, even when the battery temperature rises abnormally due to an overvoltage or the like, the charging is generally stopped.
ところで、前述したようなリチウムイオン電池を充電するための充電装置においては、過電圧信号又は温度信号を検出し、この検出値を各検出値(信号)にそれぞれ対応するある所定値と比較する等の手段を用いて、信号値(検出値)が所定値以上又は所定値以下であるか否かを判別し、充電を停止する。しかし、充電を停止するということでは、高温時も、過電圧時も同じであるが、それぞれの所定値が違うため、場合によっては個々に二つの比較手段が必要になり、設置面積やコストの点で不利である。 By the way, in the charging device for charging the lithium ion battery as described above, an overvoltage signal or a temperature signal is detected, and the detected value is compared with a predetermined value corresponding to each detected value (signal). Using the means, it is determined whether or not the signal value (detected value) is greater than or equal to a predetermined value or less, and charging is stopped. However, stopping charging is the same at high temperature and overvoltage, but each of the specified values is different, so depending on the case, two comparison means are required individually. It is disadvantageous.
そこで、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、電池の高温時と過電圧時とで同じ比較手段を用いて充電を停止できるように構成することによって、安価で安全な充電装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive and safe charging device that eliminates the drawbacks of the above-described conventional technology and is configured so that charging can be stopped using the same comparison means at high temperature and overvoltage of the battery. Is to provide.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、上記目的を達成するため、本発明は、複数のセルから成る電池パックを充電するための電力供給手段と、電池パックの温度情報を有する電池温度信号ラインと、電池パックの電圧情報を有する電池電圧信号ラインとに接続される電力供給停止手段とを有する充電装置に適用され、以下のような特徴を有するものである。 That is, in order to achieve the above object, the present invention has power supply means for charging a battery pack composed of a plurality of cells, a battery temperature signal line having temperature information of the battery pack, and voltage information of the battery pack. The present invention is applied to a charging device having power supply stopping means connected to a battery voltage signal line, and has the following characteristics.
本発明の充電装置において、電池電圧信号ラインは、電池パックの複数のセルの中の1つでも所定の電圧に達した場合に過電圧状態を示すものである。電力供給停止手段は、電池温度信号ラインの電圧が第1の温度に達した場合、又は、電池電圧信号ラインの電圧が第1の電圧に達した場合に、電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、電力供給手段からの電池パックへの電力の供給を停止するように構成されていることを特徴とする。 In the charging device of the present invention, the battery voltage signal line indicates an overvoltage state when one of the cells of the battery pack reaches a predetermined voltage. When the voltage of the battery temperature signal line reaches the first temperature, or when the voltage of the battery voltage signal line reaches the first voltage, the power supply stop means is in a high temperature state or an overvoltage state. As a feature, the power supply unit is configured to stop the supply of power to the battery pack.
さらに好ましくは、電池温度信号ラインと電池電圧信号ラインとに接続され、電池温度信号ラインの電圧が第2の温度に達した場合、又は、電池電圧信号ラインの電圧が第2の電圧に達した場合に、電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、電力供給手段からの電池パックへの電力の供給を停止するように構成されているマイコンを有することを特徴とする。 More preferably, the battery temperature signal line is connected to the battery voltage signal line, and the voltage of the battery temperature signal line reaches the second temperature, or the voltage of the battery voltage signal line reaches the second voltage. In this case, it is characterized by having a microcomputer configured to stop the supply of power from the power supply means to the battery pack, assuming that the battery pack is in a high temperature state or an overvoltage state.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、本発明によれば、電池の高温時と過電圧時とで同じ比較手段である電力供給停止手段を用いて充電を停止できるので、安価で安全な充電装置を提供することが可能となる。また、電力供給停止手段とマイコンとを併用して双方で充電を停止できるので、より一層、信頼性の高い充電装置を提供することが可能となる。 In other words, according to the present invention, charging can be stopped using the same power supply stopping means, which is the same comparing means when the battery is at a high temperature and overvoltage, so that it is possible to provide an inexpensive and safe charging device. Moreover, since it is possible to stop charging by using both the power supply stopping means and the microcomputer, it is possible to provide a more reliable charging device.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
また、以下においては、本発明の特徴を分かり易くする為に、本発明の前提として検討した充電装置と比較して、本発明の一実施形態である充電装置を説明する。 In the following, in order to make the features of the present invention easier to understand, a charging device that is an embodiment of the present invention will be described in comparison with the charging device studied as a premise of the present invention.
<本発明の前提として検討した充電装置>
まず、図1を用いて、本発明の前提として検討した充電装置について説明する。図1は、本発明の前提として検討した充電装置の一例を示す回路図であり、電池の高温時と過電圧時とで個々に別々の手段で充電を停止するように構成した場合の一例である。
<Charging device studied as a premise of the present invention>
First, the charging device examined as a premise of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a charging device studied as a premise of the present invention, which is an example of a case in which charging is stopped by separate means at high temperature and overvoltage of a battery. .
本発明の前提として検討した充電装置は、交流電源1から電力が供給されており、出力側に接続された電池パック2を充電する装置である。この充電装置は、電流検出手段3、充電制御信号伝達手段4、充電電流信号伝達手段5、整流平滑回路6、電力供給制御手段7、電力供給制御信号経路8、電池種判別回路9、整流平滑回路10、スイッチング回路20、整流平滑回路30、定電圧電源回路40、マイコン50、充電電流制御回路60、充電電流設定手段70、電池温度検出手段80、電池電圧検出手段90、充電電圧制御手段100、表示手段130、電池温度高温時電力供給停止手段140、過電圧時電力供給停止手段150等から構成される。
The charging device studied as a premise of the present invention is a device that is supplied with power from the
交流電源1は、例えば商用電源等の外部電源である。電池パック2は、直列に接続された電池セル2a、抵抗等の電池種判別手段2b、サーミスタ等の感温素子2c、電池セル2aの電圧を監視し、複数のセルの中の一つでも電圧が所定値以上に達した場合は、所定の信号を出力する保護IC2dから構成される。電池種判別手段2bは、電池種判別抵抗であり、電池種判別回路9の抵抗と基準値である電圧Vccの値を分圧する。分圧された値は、マイコン50のA/D入力ポート52に入力され、マイコン50はFET108,109,110をオンオフすることによりセル数に対応した充電電圧を設定する。
The
電流検出手段3は、整流平滑回路30と充電電圧制御手段100との間に接続され、電池パック2に流れる充電電流を検出する抵抗からなる。充電制御信号伝達手段4は、スイッチング回路20とマイコン50等に接続され、PWM制御IC23のオンオフを制御する信号を伝達するホトカプラ等からなる。充電電流信号伝達手段5は、スイッチング回路20と充電電圧制御手段100と充電電流制御回路60等に接続され、充電電流の信号をPWM制御IC23に帰還するホトカプラ等からなる。整流平滑回路6は、定電圧電源回路40とスイッチング回路20等に接続され、PWM制御IC23の電源となる整流平滑回路であり、トランス6a、整流ダイオード6b、平滑コンデンサ6cから構成される。
The
電力供給制御手段7は、充電電圧制御手段100と電力供給制御信号経路8等に接続され、電池パック2への電力の供給をオンオフ制御する回路であり、リレー等のスイッチで構成される電力供給開閉手段7a、電力供給開閉手段7aを制御するFET7b、抵抗7cで構成される。FET7bのゲートにはマイコン50の出力ポート51bからの信号が電力供給制御信号経路8のダイオード8aを介して入力される。このマイコン50からの信号によって電力供給開閉手段7aが制御される。ここでは、マイコン50からハイ信号が出力され、FET7bのゲートに前記ハイ信号が入力された場合に、前記電力供給開閉手段7aは電力供給状態になるものとする。
The power supply control means 7 is a circuit that is connected to the charging voltage control means 100 and the power supply
電力供給制御信号経路8は、電力供給制御手段7とマイコン50と電池温度高温時電力供給停止手段140と過電圧時電力供給停止手段150等に接続され、電力供給制御手段7への制御信号の経路を決めるための回路であり、ダイオード8a,8b,8cから構成される。電池種判別回路9は、電池パック2の電池種判別手段2bからマイコン50に繋がる信号ライン上に接続され、電池種を判別する抵抗からなる。
The power supply
整流平滑回路10は、交流電源1に接続され、交流電源1を全波整流及び平滑して出力する回路であり、全波整流回路11と平滑用コンデンサ12から構成される。スイッチング回路20は、整流平滑回路10に接続され、整流平滑回路10の出力を切り替えるタイミングを調整する回路であり、高周波トランス21、MOSFET22とPWM制御IC23から構成される。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。整流平滑回路30は、スイッチング回路20に接続され、スイッチング回路20の出力を整流及び平滑して出力する回路であり、ダイオード31、平滑コンデンサ32、放電用抵抗33から構成される。
The rectifying /
定電圧電源回路40は、整流平滑回路10とスイッチング回路20等に接続され、マイコン50やオペアンプ61,65等の各種回路へ安定化した電圧Vccを供給するための回路であり、トランス41a〜41c、スイッチング素子42、制御素子43、整流ダイオード44、コンデンサ45,47、レギュレータ46、リセットIC48から構成される。リセットIC48は、充電装置に交流電源1が投入された時にリセット信号を出力するICである。
The constant voltage
マイコン50は、充電制御信号伝達手段4と表示手段130に繋がる出力ポート51a、電力供給制御信号経路8と充電電圧制御手段100に繋がる出力ポート51b、電池パック2からの信号ラインや充電電流制御回路60と電池温度検出手段80と電池電圧検出手段90と電池温度高温時電力供給停止手段140と過電圧時電力供給停止手段150等が繋がるA/D入力ポート52、定電圧電源回路40が繋がるリセットポート53、電池温度や電池電圧等に基づいて電池温度高温や過電圧等の判定処理等を行うCPU54等から構成される。このマイコン50は、A/D入力ポート52に入力される各種信号を処理し、その結果に基づく各種信号を出力ポート51a,51bから出力して、充電装置の動作を制御している。
The
充電電流制御回路60は、充電電流設定手段70とマイコン50等に接続され、充電電流設定手段70による設定に基づき充電電流を制御するための回路であり、オペアンプ61,65、抵抗62,63,64,66,67、ダイオード68から構成される。充電電流設定手段70は、充電電流制御回路60に接続され、充電電流を所定の電流値に設定してオペアンプ65の入力とするための回路であり、抵抗71,72から構成される。基準電圧Vccが抵抗71,72によって分圧された値が充電電流を設定する際の基準値となる。
The charging
電池温度検出手段80は、電池パック2の感温素子2cからマイコン50に繋がる信号ライン上に接続される回路であり、抵抗81,82から構成される。基準電圧Vccは感温素子2cと抵抗82の並列抵抗と、抵抗81により分圧され、その値がマイコン50のA/D入力ポート52に電池温度情報として入力される。電池電圧検出手段90は、電力供給制御手段7の出力とマイコン50との間に接続される回路であり、抵抗91,92から構成される。電池パック2に供給する電圧すなわち電池パック2の電圧は抵抗91,92によって分圧され、その値がマイコン50のA/D入力ポート52に電池電圧情報として入力される。
The battery temperature detection means 80 is a circuit connected on a signal line connected to the
充電電圧制御手段100は、整流平滑回路30と電力供給制御手段7とマイコン50等に接続され、充電電圧を制御するための回路であり、抵抗101,103,104,105,106,107,111,112,113,114,115,116,117、ポテンショメータ102、FET108,109,110、コンデンサ118、シャントレギュレータ119、整流ダイオード120から構成される。充電電圧は、マイコン50の出力ポート51bからの信号により、抵抗101、ポテンショメータ102の直列抵抗と、抵抗104及び抵抗105及び抵抗106及び抵抗107との分圧値がシャントレギュレータ119の基準値となるように定められる。例えば、抵抗101、ポテンショメータ102の直列抵抗と、抵抗104とで定められる値は2セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗104と抵抗105の並列抵抗(FET108をオンさせることによる並列抵抗)とで定められる値は3セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗104と抵抗106の並列抵抗(FET109をオンさせることによる並列抵抗)とで定められる値は4セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗104と抵抗107の並列抵抗(FET110をオンさせることによる並列抵抗)とで定められる値は5セルのリチウムイオン電池を充電するための値と定める。
The charging voltage control means 100 is a circuit for controlling the charging voltage connected to the rectifying / smoothing
表示手段130は、マイコン50に接続され、充電の状態を表示するための回路であり、LED131、抵抗132,133から構成される。抵抗132のマイコン50の出力ポート51aに連なるポートからハイ信号を出力すると、LED131は赤点灯し、抵抗133のマイコン50の出力ポート51aに連なるポートからハイ信号を出力すると、LED131は緑点灯し、両方のポートからハイ信号を出力するとLED131は橙に点灯する。
The
電池温度高温時電力供給停止手段140は、電池パック2の感温素子2cから電池温度検出手段80を介してマイコン50に繋がる信号ライン上に接続される回路であり、オペアンプ141、抵抗142,143から構成される。ここでは、感温素子2cはNTCサーミスタ(温度上昇と共に抵抗値が低下する)であるものとし、電池温度検出手段80における電池温度と対応する電圧値は温度上昇と共に低下する。電池温度が上昇し電池温度検出手段80において検出される値が、電圧Vccを抵抗142,143で分圧した基準値以下にあるとオペアンプ141の出力はハイ信号からロー信号となる。この時、電力供給制御手段7において電池セル2aに電力を供給すべくマイコン50の出力ポート51bからダイオード8aを介して供給されるハイ信号は、ダイオード8bを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段7において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル2aが所定値以上の高温に達した場合には、マイコン50からの信号の有無に関わらず(例えばマイコン50が故障してマイコン50からハイ信号が出力され続けたとしても)充電が停止される。
The battery temperature high temperature power
過電圧時電力供給停止手段150は、電池パック2の保護IC2dからの信号ラインとマイコン50との間に接続される回路であり、FET151、抵抗152,153から構成される。ここでは、通常時には過電圧時電力供給停止手段150のラインにロー信号が入力され、逆に複数ある電池セル2aの中の1つでも電圧が所定値以上に達した場合は、過電圧時電力供給停止手段150のラインに何らの信号も出力されないものとする。通常時においては、過電圧時電力供給停止手段150のラインにはロー信号が入力されているため、FET151はオフ状態となり、FET151のドレインは抵抗152を介してVccの電位になっている。一方、複数ある電池セル2aの中の1つでも電圧が所定値以上に達した場合は、過電圧時電力供給停止手段150のラインに何らの信号も出力されないので、FET151には抵抗153を介してVccの電位が入力されオン状態となる。すると、FET151のドレインの電位はローレベルとなる。この時、電力供給制御手段7において電池セル2aに電力を供給すべくマイコン50の出力ポート51bからダイオード8aを介して供給されるハイ信号は、ダイオード8cを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段7において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル2aが過電圧状態になった場合には、マイコン50からの信号の有無に関わらず(例えばマイコン50が故障してマイコン50からハイ信号が出力され続けたとしても)充電が停止される。
The overvoltage power supply stopping means 150 is a circuit connected between the signal line from the
以上のように、本発明の前提として検討した充電装置においては、電池温度高温時電力供給停止手段140と、過電圧時電力供給停止手段150という2つの停止手段を有して、電池セル2aが高温に達した場合には電池温度高温時電力供給停止手段140により充電を停止させ、又、電池セル2aが過電圧状態になった場合には過電圧時電力供給停止手段150により充電を停止させていた。このため、電池セル2aの高温時と過電圧時とで個々に別々の手段が必要になり、設置面積やコストの点で不利であった。これを改善したのが本発明の一実施形態である充電装置であり、以下において説明する。
As described above, the charging device studied as the premise of the present invention has two stop means, that is, a battery temperature high temperature power supply stop means 140 and an overvoltage power supply stop means 150, and the
<本発明の一実施形態である充電装置>
図2を用いて、本発明の一実施形態である充電装置について説明する。図2は、本発明の一実施形態である充電装置の一例を示す回路図であり、電池の高温時と過電圧時とで1つの手段で充電を停止するように構成した場合の一例である。
<Charging device according to an embodiment of the present invention>
A charging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a charging apparatus according to an embodiment of the present invention, which is an example of a case where charging is stopped by one means when the battery is at a high temperature and when it is overvoltage.
図2に示す本発明の一実施形態である充電装置は、図1における電池温度高温時電力供給停止手段140と、過電圧時電力供給停止手段150という2つの停止手段を、電力供給停止手段160として1つにしたものである。これに伴い、電力供給制御信号経路8はダイオード8a,8dからなる構成となっている。
The charging apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 includes two stopping means, that is, a battery temperature high temperature power supply stopping means 140 and an overvoltage power supply stopping means 150 in FIG. It is one. Accordingly, the power supply
本発明の一実施形態である充電装置は、交流電源1から電力が供給されており、出力側に接続された電池パック2を充電する装置である。この充電装置は、電流検出手段3、充電制御信号伝達手段4、充電電流信号伝達手段5、整流平滑回路6、電力供給制御手段7、電力供給制御信号経路8、電池種判別回路9、整流平滑回路10、スイッチング回路20、整流平滑回路30、定電圧電源回路40、マイコン50、充電電流制御回路60、充電電流設定手段70、電池温度検出手段80、電池電圧検出手段90、充電電圧制御手段100、表示手段130、電力供給停止手段160等から構成される。
A charging device according to an embodiment of the present invention is a device that is supplied with electric power from an
この本発明の一実施形態である充電装置において、整流平滑回路10とスイッチング回路20と整流平滑回路30と充電電圧制御手段100等は、電池パック2の複数の電池セル2aから成るリチウムイオン電池を充電するための電力供給手段として機能する。
In the charging device according to the embodiment of the present invention, the rectifying / smoothing
また、充電装置を構成する電力供給停止手段160は、複数の電池セル2aから成るリチウムイオン電池の温度情報を有する電池温度信号ラインである感温素子2cからのラインと、複数の電池セル2aから成るリチウムイオン電池の電圧情報を有する電池電圧信号ラインである保護IC2dからのラインとに接続されている。この電力供給停止手段160は、詳細は後述するが、感温素子2cからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容温度範囲を超える温度に相当する電圧(しきい値電圧)、例えば65℃に相当する電圧に達した場合、又は、保護IC2dからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容電圧範囲を超える電圧に相当する電圧(しきい値電圧)、例えば1セル当たり4.25Vに達した場合に、リチウムイオン電池が高温状態又は過電圧状態であるとして、電力供給手段からのリチウムイオン電池への電力の供給を停止するように構成されている。
Further, the power supply stopping means 160 constituting the charging device includes a line from the
この電力供給停止手段160からの出力信号を用いて、電力供給制御手段7は、感温素子2cからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容温度範囲を超える温度に相当する電圧に達した場合、又は、保護IC2dからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容電圧範囲を超える電圧に相当する電圧に達した場合に、リチウムイオン電池への電力の供給をオフするように構成されている。
Using the output signal from the power supply stop means 160, the power supply control means 7 can be used when the voltage of the line from the
以下において、電力供給停止手段160について詳細に説明する。他の構成要素については、図1と同様であるので、ここでの説明は省略する。
Hereinafter, the power
電力供給停止手段160は、電池パック2の感温素子2cから電池温度検出手段80を介した信号ライン、及び電池パック2の保護IC2dからの信号ラインと、マイコン50の出力ポート51bとの間に接続される回路であり、比較器であるオペアンプ161、抵抗162,163,164から構成されている。オペアンプ161の反転入力端子(−)には、電圧Vccとグランド間に直列接続された抵抗162と抵抗163との接続点が接続され、この接続点は抵抗164を介して電池パック2の保護IC2dからの信号ラインに接続されると共に、マイコン50のA/D入力ポート52に接続されている。また、オペアンプ161の非反転入力端子(+)には、電池温度検出手段80の電圧Vccとグランド間に直列接続された抵抗81と抵抗82との接続点が接続され、この接続点は電池パック2の感温素子2cからの信号ラインに接続されると共に、マイコン50のA/D入力ポート52に接続されている。そして、オペアンプ161の出力端子は、電力供給制御信号経路8のダイオード8dのカソード側に接続され、アノード側はマイコン50の出力ポート51bに接続されると共に、ダイオード8aを介して電力供給制御手段7のFET7bのゲートに接続されている。
The power supply stopping means 160 is provided between the signal line from the
このような電力供給停止手段160の構成により、電池セル2aが、通常状態である場合、高温状態である場合、過電圧状態である場合には、以下のような動作となる。
With such a configuration of the power
電池セル2aのセル電圧が通常状態である場合は、抵抗164に連なるラインにはロー信号が入力されている。このため、オペアンプ161の反転入力端子(−)には電圧Vccを抵抗162及び抵抗163と抵抗164との並列抵抗とで分圧した値が入力されている。図1において前述したように、本実施形態においても、感温素子2cはNTCサーミスタ(温度上昇と共に抵抗値が低下する)であるものとし、電池温度検出手段80における電池温度と対応する電圧値は温度上昇と共に低下する。電池温度が上昇し電池温度検出手段80において検出される値が、電圧Vccを抵抗162及び抵抗163と抵抗164との並列抵抗とで分圧した基準値以下にあるとオペアンプ161の出力はハイ信号からロー信号となる。この時、電力供給制御手段7において電池セル2aに電力を供給すべくマイコン50の出力ポート51bからダイオード8aを介して供給されるハイ信号は、ダイオード8dを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段7において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル2aが所定値以上の高温に達した場合には、マイコン50からの信号の有無に関わらず(例えばマイコン50が故障してマイコン50からハイ信号が出力され続けたとしても)充電が停止される。このような制御を行うには、電圧Vccを抵抗162及び抵抗163と抵抗164との並列抵抗とで分圧した値が、所望の充電を停止したい電池温度に相当する値になるように抵抗162,163,164を決定すればよい。
When the cell voltage of the
また、図1において前述したように、本実施形態においても、通常時には電力供給停止手段160の抵抗164に連なるラインにロー信号が入力され、逆に複数ある電池セル2aの中の1つでも電圧が所定値以上に達した場合は、何らの信号も入力されないものとする。複数ある電池セル2aの中の1つでも電圧が所定値以上に達した場合は、電力供給停止手段160の抵抗164に連なるラインに何らの信号も出力されないので、このため、オペアンプ161の反転入力端子(−)には電圧Vccを抵抗162及び抵抗163とで分圧した値が入力される。一方、オペアンプ161の非反転入力端子(+)には電池温度検出手段80における電圧Vccを抵抗81と抵抗82で分圧した値以下の値が電池温度(感温素子2cの値)に対応して入力される。この時、電圧Vccを抵抗81及び抵抗82と感温素子2cとの並列抵抗とで分圧した値よりも、電圧Vccを抵抗162と抵抗163で分圧した値の方が大きくなるように抵抗162,163を設定しておけば、電池温度に関係なく過電圧時においては、オペアンプ161の出力がハイ信号からロー信号となる。この時、電力供給制御手段7において電池セル2aに電力を供給すべくマイコン50の出力ポート51bからダイオード8aを介して供給されるハイ信号は、ダイオード8dを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段7において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル2aが過電圧状態になった場合には、マイコン50からの信号の有無に関わらず(例えばマイコン50が故障してマイコン50からハイ信号が出力され続けたとしても)充電が停止される。
In addition, as described above with reference to FIG. 1, in this embodiment as well, a low signal is input to the line connected to the
以上説明した本実施形態である充電装置について、通常時、高温時、過電圧時のオペアンプ161の入力と出力の関係を示すと図3のようになる。図3は、電力供給停止手段160におけるオペアンプ161の入出力の関係の一例を示す図である。
FIG. 3 shows the relationship between the input and output of the
通常時には、オペアンプ161の非反転入力端子に電圧Vccを抵抗81及び抵抗82と感温素子2cとの並列抵抗とで分圧した値が入力され、反転入力端子に電圧Vccを抵抗162及び抵抗163と抵抗164との並列抵抗とで分圧した値が入力される。この通常時は、抵抗81及び抵抗82の抵抗値と感温素子2cからのラインとの合成抵抗で入力される電圧値と、抵抗162及び抵抗163の抵抗値と抵抗164の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値とが比較され、非反転入力端子に入力される電圧が大きいので、オペアンプ161の出力はハイレベルであり、充電が維持される。
Normally, a value obtained by dividing the voltage Vcc by the
高温時には、オペアンプ161の非反転入力端子に電圧Vccを抵抗81及び抵抗82と感温素子2cとの並列抵抗とで分圧した値が入力され、反転入力端子に電圧Vccを抵抗162及び抵抗163と抵抗164との並列抵抗とで分圧した値が入力される。この高温時は、抵抗81及び抵抗82の抵抗値と感温素子2cからのラインとの合成抵抗で入力される電圧値と、抵抗162及び抵抗163の抵抗値と抵抗164の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値とが比較され、通常時と逆に反転入力端子に入力される電圧が大きくなるので、オペアンプ161の出力はローレベルとなり、充電が停止される。
At a high temperature, a value obtained by dividing the voltage Vcc by the
過電圧時には、オペアンプ161の非反転入力端子に電圧Vccを抵抗81及び抵抗82と感温素子2cとの並列抵抗とで分圧した値が入力され、反転入力端子に電圧Vccを抵抗162及び抵抗163で分圧した値が入力される。この過電圧時は、抵抗81及び抵抗82の抵抗値と感温素子2cからのラインとの合成抵抗で入力される電圧値と、抵抗162及び抵抗163の抵抗値の合成抵抗で入力される電圧値とが比較され、通常時と逆に反転入力端子に入力される電圧が大きくなるので、高温時と同様に、オペアンプ161の出力はローレベルとなり、充電が停止される。
At the time of overvoltage, a value obtained by dividing the voltage Vcc by the
以上のように、本発明の一実施形態である充電装置においては、1つの電力供給停止手段160を有して、電池セル2aが高温に達した場合、又、電池セル2aが過電圧状態になった場合には、電力供給停止手段160により電力供給制御手段7を制御して充電を停止させることができる。このため、電池セル2aの高温時と過電圧時とで同じ電力供給停止手段160を用いて充電を停止できるので、安価で安全な充電装置を提供することが可能となる。
As described above, the charging device according to the embodiment of the present invention has one power
また、電力供給停止手段160の他に、マイコン50にも、電池パック2の感温素子2cから電池温度検出手段80を介した信号ライン、及び電池パック2の保護IC2dから抵抗164を介した信号ラインが接続されているので、マイコン50においても、電池セル2aが高温に達した場合、又、電池セル2aが過電圧状態になった場合には、電力供給制御手段7を制御して充電を停止させることができる。このため、電力供給停止手段160とマイコン50とを併用して双方で充電を停止できるので、より一層、信頼性の高い充電装置を提供することが可能となる。
In addition to the power
この電力供給停止手段160とマイコン50との双方で充電を停止させる場合には、これに限られるものではないが、例えばマイコン50では電池セル2aの許容温度範囲を超えた55℃の温度、電力供給停止手段160ではそれより高い65℃の温度で充電を停止させる例が考えられる。また、電池セル2aの許容電圧範囲を超えた電圧で充電を停止させる場合にも、マイコン50で充電を停止させる電圧よりも電力供給停止手段160で充電を停止させる電圧の方を高く設定する例が考えられる。このような設定にする理由は、例えばマイコン50が故障してマイコン50から充電信号が出力され続けたとしても、電力供給停止手段160で確実に充電を停止できるようにするためである。
In the case where both the power supply stopping means 160 and the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本実施の形態ではリチウムイオン2次電池について説明したが、ニッケルカドミウム2次電池や、ニッケル水素2次電池であっても良い。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, although a lithium ion secondary battery has been described in the present embodiment, a nickel cadmium secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery may be used.
本発明の充電装置は、リチウムイオン2次電池等の2次電池を充電する充電装置に利用可能である。 The charging device of the present invention can be used for a charging device that charges a secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
1…交流電源、
2…電池パック、2a…電池セル、2b…電池種判別手段、2c…感温素子、2d…保護IC、
3…電流検出手段、
4…充電制御信号伝達手段、
5…充電電流信号伝達手段、
6…整流平滑回路、6a…トランス、6b…整流ダイオード、6c…平滑コンデンサ、
7…電力供給制御手段、7a…電力供給開閉手段、7b…FET、7c…抵抗、
8…電力供給制御信号経路、8a,8b,8c,8d…ダイオード、
9…電池種判別回路、
10…整流平滑回路、11…全波整流回路、12…平滑用コンデンサ、
20…スイッチング回路、21…高周波トランス、22…MOSFET、23…PWM制御IC、
30…整流平滑回路、31…ダイオード、32…平滑コンデンサ、33…放電用抵抗、
40…定電圧電源回路、41a〜41c…トランス、42…スイッチング素子、43…制御素子、44…整流ダイオード、45,47…コンデンサ、46…レギュレータ、48…リセットIC、
50…マイコン、51a,51b…出力ポート、52…A/D入力ポート、53…リセットポート、54…CPU、
60…充電電流制御回路、61,65…オペアンプ、62,63,64,66,67…抵抗、68…ダイオード、
70…充電電流設定手段、71,72…抵抗、
80…電池温度検出手段、81,82…抵抗、
90…電池電圧検出手段、91,92…抵抗、
100…充電電圧制御手段、101,103,104,105,106,107,111,112,113,114,115,116,117…抵抗、102…ポテンショメータ、108,109,110…FET、118…コンデンサ、119…シャントレギュレータ、120…整流ダイオード、
130…表示手段、131…LED、132,133…抵抗、
140…電池温度高温時電力供給停止手段、141…オペアンプ、142,143…抵抗、
150…過電圧時電力供給停止手段、151…FET、152,153…抵抗、
160…電力供給停止手段、161…オペアンプ、162,163,164…抵抗。
1 ... AC power supply,
2 ... battery pack, 2a ... battery cell, 2b ... battery type discrimination means, 2c ... temperature sensing element, 2d ... protection IC,
3 ... current detection means,
4 ... charging control signal transmission means,
5: Charging current signal transmission means,
6 ... rectifying / smoothing circuit, 6a ... transformer, 6b ... rectifying diode, 6c ... smoothing capacitor,
7 ... Power supply control means, 7a ... Power supply opening / closing means, 7b ... FET, 7c ... Resistance,
8 ... Power supply control signal path, 8a, 8b, 8c, 8d ... Diode,
9: Battery type discrimination circuit,
DESCRIPTION OF
20 ... switching circuit, 21 ... high frequency transformer, 22 ... MOSFET, 23 ... PWM control IC,
30 ... Rectification smoothing circuit, 31 ... Diode, 32 ... Smoothing capacitor, 33 ... Discharging resistor,
40 ... constant voltage power supply circuit, 41a to 41c ... transformer, 42 ... switching element, 43 ... control element, 44 ... rectifier diode, 45, 47 ... capacitor, 46 ... regulator, 48 ... reset IC,
50 ... Microcomputer, 51a, 51b ... Output port, 52 ... A / D input port, 53 ... Reset port, 54 ... CPU,
60 ... charging current control circuit, 61, 65 ... operational amplifier, 62, 63, 64, 66, 67 ... resistor, 68 ... diode,
70 ... charging current setting means, 71, 72 ... resistance,
80 ... battery temperature detection means, 81, 82 ... resistance,
90 ... battery voltage detection means, 91, 92 ... resistance,
DESCRIPTION OF
130 ... display means, 131 ... LED, 132,133 ... resistance,
140: Battery temperature high temperature power supply stopping means, 141: operational amplifier, 142, 143 ... resistance,
150: Overvoltage power supply stop means, 151: FET, 152, 153 ... Resistance,
160: power supply stopping means, 161: operational amplifier, 162, 163, 164: resistance.
Claims (6)
前記電池パックの温度情報を有する電池温度信号ラインと、前記電池パックの電圧情報を有する電池電圧信号ラインとに接続される電力供給停止手段とを有し、
前記電池電圧信号ラインは、前記電池パックの複数のセルの中の1つでも所定の電圧に達した場合に過電圧状態を示すものであり、
前記電力供給停止手段は、前記電池温度信号ラインの電圧が第1の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第1の電圧に達した場合に、前記電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、前記電力供給手段からの前記電池パックへの電力の供給を停止するように構成されていることを特徴とする充電装置。 Power supply means for charging a battery pack comprising a plurality of cells;
A battery temperature signal line having temperature information of the battery pack, and a power supply stopping means connected to the battery voltage signal line having voltage information of the battery pack;
The battery voltage signal line indicates an overvoltage state when one of the cells of the battery pack reaches a predetermined voltage,
When the voltage of the battery temperature signal line reaches a first temperature or when the voltage of the battery voltage signal line reaches a first voltage, the power supply stop means is in a high temperature state. Or it is comprised so that it may be in an overvoltage state, and supply of the electric power to the said battery pack from the said electric power supply means is stopped, The charging device characterized by the above-mentioned.
前記電力供給停止手段は、
比較器と、第1、第2及び第3の抵抗とを有し、
前記比較器の一方の入力端子には、前記電池温度信号ラインの電圧が入力され、他方の入力端子には、所定の電圧を前記第1及び第2の抵抗により分圧した分圧電圧と、前記第3の抵抗を介して前記電池電圧信号ラインの電圧とが入力され、
さらに、前記比較器の一方の入力端子には、所定の電圧を第4及び第5の抵抗により分圧した分圧電圧が入力されており、
前記電池温度信号ラインの電圧が第1の温度に達した場合は、前記電池温度信号ラインと前記第4及び第5の抵抗の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値と、前記第1及び第2の抵抗の抵抗値と前記第3の抵抗の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値との比較により、前記比較器の出力が反転して前記高温状態となり、
前記電池電圧信号ラインの電圧が第1の電圧に達した場合は、前記電池温度信号ラインと前記第4及び第5の抵抗の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値と、前記第1及び第2の抵抗の抵抗値の合成抵抗で入力される電圧値との比較により、前記比較器の出力が反転して前記過電圧状態となるように構成されていることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 1,
The power supply stopping means is
A comparator and first, second and third resistors;
A voltage of the battery temperature signal line is input to one input terminal of the comparator, and a divided voltage obtained by dividing a predetermined voltage by the first and second resistors is input to the other input terminal; The voltage of the battery voltage signal line is input through the third resistor,
Furthermore, a divided voltage obtained by dividing a predetermined voltage by the fourth and fifth resistors is input to one input terminal of the comparator,
When the voltage of the battery temperature signal line reaches a first temperature, a voltage value input by a combined resistance of the battery temperature signal line and the resistance values of the fourth and fifth resistors, and the first And comparing the voltage value input by the combined resistance of the resistance value of the second resistor and the resistance value of the third resistor, the output of the comparator is inverted to the high temperature state,
When the voltage of the battery voltage signal line reaches the first voltage, a voltage value input by a combined resistance of the battery temperature signal line and the resistance values of the fourth and fifth resistors, and the first voltage And a voltage value input by a combined resistance of the resistance value of the second resistor and the output of the comparator is inverted to be in the overvoltage state.
さらに、前記電力供給手段から前記電池パックに供給する電力のオンオフを制御する電力供給制御手段を有し、
前記電力供給制御手段は、前記電池温度信号ラインの電圧が第1の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第1の電圧に達した場合で、前記比較器の出力が反転した場合に、前記反転した出力信号を用いて前記電池パックへの電力の供給をオフするように構成されていることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 2, wherein
Furthermore, it has power supply control means for controlling on / off of power supplied from the power supply means to the battery pack,
When the voltage of the battery temperature signal line reaches a first temperature or when the voltage of the battery voltage signal line reaches a first voltage, the power supply control means A charging device configured to turn off the supply of power to the battery pack using the inverted output signal when inverted.
さらに、前記電池温度信号ラインと前記電池電圧信号ラインとに接続され、前記電池温度信号ラインの電圧が第2の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第2の電圧に達した場合に、前記電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、前記電力供給手段からの前記電池パックへの電力の供給を停止するように構成されているマイコンを有し、
前記電力供給制御手段は、前記マイコンからの出力により、前記電池温度信号ラインの電圧が第2の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第2の電圧に達した場合に、前記電池パックへの電力の供給をオフするように構成されていることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 3, wherein
Further, the battery temperature signal line is connected to the battery voltage signal line, and when the voltage of the battery temperature signal line reaches a second temperature, or the voltage of the battery voltage signal line becomes the second voltage. A microcomputer configured to stop power supply from the power supply means to the battery pack as the battery pack is in a high temperature state or an overvoltage state when reached
When the voltage of the battery temperature signal line reaches the second temperature or when the voltage of the battery voltage signal line reaches the second voltage by the output from the microcomputer, the power supply control means The charging device is configured to turn off the supply of power to the battery pack.
前記第1の温度と前記第2の温度との関係は、前記第1の温度が前記第2の温度より高く設定され、
前記第1の電圧と前記第2の電圧との関係は、前記第1の電圧が前記第2の電圧より高く設定されていることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 4, wherein
The relationship between the first temperature and the second temperature is such that the first temperature is set higher than the second temperature,
The charging device according to claim 1, wherein the first voltage and the second voltage are set such that the first voltage is higher than the second voltage.
前記セルは、リチウムイオン電池からなることを特徴とする充電装置。 The charging device according to any one of claims 1 to 5,
The charging device, wherein the cell is made of a lithium ion battery.
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