JP2013158142A - Charger and charging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池を充電する充電装置及び充電システムに関するものである。 The present invention relates to a charging device and a charging system for charging a secondary battery.
電動工具において、コードレス工具を駆動する電池として更なる高容量化、軽量化が要望されており、近年では出力密度が高いリチウムイオン電池が使用されている。 In power tools, as batteries for driving cordless tools, further increases in capacity and weight have been demanded, and in recent years, lithium ion batteries with high output density have been used.
リチウムイオン電池は、過電圧・過放電を行なうと、電池の劣化・故障の可能性があるため、一般的には電池パック内において、専用の保護ＩＣやマイコンを設けて電池電圧を監視し、過放電・過電圧を監視し、電池電圧が所定電圧値以下または所定値以上になった場合、保護ＩＣやマイコンは異常信号を出力して充放電経路を遮断することで過放電・過電圧に対する対策が行われている。 Lithium-ion batteries may deteriorate or fail if overvoltage or overdischarge occurs. Therefore, in general, a dedicated protection IC or microcomputer is installed in the battery pack to monitor the battery voltage. When discharge / overvoltage is monitored, and the battery voltage falls below or exceeds the specified voltage value, the protection IC or microcomputer outputs an abnormal signal to cut off the charge / discharge path to take measures against overdischarge / overvoltage. It has been broken.
リチウムイオン電池（電池パック）が過放電状態に陥り、電池セル内部の短絡等の不具合が生じているリチウムイオン電池をある程度の大きさの充電電流で充電してしまうと、電池セルの発熱等の不具合を生じる可能性がある。従って、電池電圧がある程度以下にまで低下した電池は、充電装置に接続された時点で、充電を行わない、或いは、小さな充電電流で充電を行い、電池電圧の上昇の様子を保護ＩＣ等で監視しながら充電することが望ましい。
しかしながら、過放電時に電流経路を遮断するスイッチング素子（例えばＦＥＴ）が設けられているような電池パックの場合、電池パックが充電装置に接続された時点で、電流経路が遮断されており、電池電圧を検出することができないという問題がある。このような充電前に電池電圧が検出できないような電池パックを、ある程度大きい充電電流で充電を行うのは発熱等が生じる可能性があり望ましくない。
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、過放電時に電流経路を遮断する遮断部となるスイッチング素子（ＥＦＴ）が設けられた電池パックを充電する際に、充電初期のある所定時間、ごく小さい所定の電流値で充電を行い、所定時間経過後に電池電圧を検出し、検出された電池電圧に対応して最適な充電制御を行う充電装置を提供することである。
また、本発明の目的は、電池パックの電圧が放電を停止する電圧以下に低下した電池パックに対して最適な充電制御を行う充電装置を提供することである。
If a lithium-ion battery (battery pack) is over-discharged and a lithium-ion battery that has a defect such as a short circuit inside the battery cell is charged with a certain amount of charging current, It can cause problems. Therefore, a battery whose battery voltage has dropped to a certain level is not charged when it is connected to the charging device, or it is charged with a small charging current, and the battery voltage rise is monitored by a protection IC or the like. It is desirable to charge while.
However, in the case of a battery pack provided with a switching element (eg, FET) that cuts off the current path during overdischarge, the current path is cut off when the battery pack is connected to the charging device, and the battery voltage There is a problem that cannot be detected. It is not desirable to charge a battery pack in which the battery voltage cannot be detected before charging with a large charging current to some extent because heat may be generated.
Therefore, an object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and to charge a battery pack provided with a switching element (EFT) serving as a blocking unit that cuts off a current path during overdischarge. It is an object of the present invention to provide a charging device that performs charging at a very small predetermined current value for a predetermined time, detects a battery voltage after a predetermined time elapses, and performs optimum charging control corresponding to the detected battery voltage.
Moreover, the objective of this invention is providing the charging device which performs optimal charge control with respect to the battery pack in which the voltage of the battery pack fell below the voltage which stops discharge.
上記目的を達成するため、本発明は、二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、該過放電検出部において前記二次電池の電圧が第一の所定値以下と検出した場合に前記二次電池の電流経路を遮断する遮断部と、を備えた電池パックを充電するための充電装置であって、前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする。
このような構成によれば、過放電状態となり遮断部が遮断された電池パックであっても、電池電圧を確実に検出することができ、電池の状態に応じて適切な充電制御を行うことができる。特にセル内でショート等の不具合が発生している場合の充電を防止し、発熱を抑えることができる。
また、第一の所定電流で所定時間充電し、前記所定時間経過後に前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする。
このような構成によれば、所定時間の間の充電により、電池電圧が上昇したか否かをより確実に検出することができ、電池の状態を正確に判断することができる。
また、本発明は、前記充電電流設定部において、前記第一の所定電流で所定時間充電した後、前記電池電圧検出部で検出された電池電圧が前記所定値以上である場合は、前記第一の所定電流より大きい第二の所定電流で充電するようにしたことを特徴とする。
このような構成によれば、電池に異常がなかった場合に電池を正常に充電することができる。また、充電電流を初期充電電流より大きくするため、充電時間を短縮することができる。
また、本発明は、前記電池パックは前記遮断部と並列に設けられたダイオードを備え、前記第一の所定電流は前記ダイオードを介して流れることを特徴とする。
このような構成によれば、電流経路が遮断された場合でもダイオードを介して充電電流を流すことができるため、電池電圧を確実に検出することができる。
また、本発明は、前記遮断部は前記電池電圧が前記所定値以上となった場合に導通状態となり、前記第二の所定電流は前記遮断部を介して流れることを特徴とする。
このような構成によれば、電池パックの過放電状態が解除されると遮断部が導通状態となるため、期充電電流より大きな電流を流すことができ、充電時間を短縮することができる。
更に、本発明は、二次電池を備えた電池パックを充電するための充電装置であって、前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で初期充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記電池パックの放電を停止する第一の所定値より低い第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides an overdischarge detection unit that detects an overdischarge state of a secondary battery, and the overdischarge detection unit detects that the voltage of the secondary battery is equal to or lower than a first predetermined value. A charging unit for charging a battery pack comprising: a blocking unit that blocks a current path of the secondary battery; and a charging current control unit that controls a charging current of the battery pack; A battery voltage detecting unit for detecting a battery voltage, charging with a first predetermined current set by the charging current control unit, and the battery voltage detected by the battery voltage detecting unit being smaller than the first predetermined value Charging is stopped when it is equal to or less than the second predetermined value.
According to such a configuration, even in a battery pack that is in an overdischarged state and has a blocking unit cut off, the battery voltage can be reliably detected, and appropriate charge control can be performed according to the state of the battery. it can. In particular, it is possible to prevent charging when a defect such as a short circuit occurs in the cell, and to suppress heat generation.
In addition, the battery is charged for a predetermined time with a first predetermined current, and the charging is stopped when the battery voltage detected by the battery voltage detection unit is equal to or lower than a predetermined value after the predetermined time has elapsed.
According to such a configuration, it is possible to more reliably detect whether or not the battery voltage has increased due to charging during a predetermined time, and it is possible to accurately determine the state of the battery.
Further, the present invention provides the charging current setting unit, wherein the battery voltage detected by the battery voltage detection unit after being charged with the first predetermined current for a predetermined time is equal to or higher than the predetermined value. The battery is charged with a second predetermined current larger than the predetermined current.
According to such a configuration, the battery can be charged normally when there is no abnormality in the battery. Moreover, since the charging current is made larger than the initial charging current, the charging time can be shortened.
In the invention, it is preferable that the battery pack includes a diode provided in parallel with the blocking unit, and the first predetermined current flows through the diode.
According to such a configuration, even when the current path is interrupted, the charging current can flow through the diode, so that the battery voltage can be reliably detected.
Further, the present invention is characterized in that the interrupting portion becomes conductive when the battery voltage becomes equal to or higher than the predetermined value, and the second predetermined current flows through the interrupting portion.
According to such a structure, since the interruption | blocking part will be in a conduction | electrical_connection state when the overdischarge state of a battery pack is cancelled | released, a bigger electric current than an initial stage charging current can be sent, and charging time can be shortened.
Furthermore, the present invention is a charging device for charging a battery pack provided with a secondary battery, wherein the charging current control unit controls the charging current of the battery pack, and the battery detects the battery voltage of the battery pack. A first predetermined value at which the battery voltage detected by the battery voltage detecting unit stops discharging of the battery pack, and is initially charged with a first predetermined current set by the charging current control unit. Charging is stopped when it is equal to or lower than a second predetermined value that is lower.
このような構成によれば、電池の劣化を判断することができ池状態に応じて最適な充電制御を行うことができる。 According to such a configuration, it is possible to determine the deterioration of the battery, and it is possible to perform optimal charging control according to the pond state.
本発明によれば、電池パックの電流経路が遮断された場合であっても電池電圧を確実に検出することができ、電池パックの状態に応じて適切な充電制御を行うことができる。 According to the present invention, the battery voltage can be reliably detected even when the current path of the battery pack is interrupted, and appropriate charge control can be performed according to the state of the battery pack.
図１は本発明の実施の形態に係る充電装置の回路図である。図１において、１は交流電源、２は本発明の充電装置により充電される電池パックである。電池パック２は、直列接続された複数の電池セル（二次電池）２ａと、各電池セル２ａの電池電圧を監視し複数の電池セル２ａ中のひとつでも過電圧或いは過放電であると判別した場合に異常信号を出力する保護部（過放電検出部）となる保護ＩＣ２ｂと、電池セル２ａと直列に接続され遮断部となるスイッチング素子（ＦＥＴ）２ｄと、ＦＥＴ２ｄと並列に接続された寄生ダイオード２ｅと、ＦＥＴ２ｄを制御するスイッチ制御手段（ＦＥＴ制御手段）２ｃとを備える。更に、電池パック２は、電池パック２内の電池セル２ａの数、すなわち電池パックの電圧の情報を有するセル数判別抵抗７と、電池セル２ａに接近して設けられ電池セル２ａの温度を検出するサーミスタ等の感温素子８とを備える。なお、本実施の形態では、セル数が４つで定格電圧１４．４Ｖとなる。
保護ＩＣ２ｂから出力される過電圧信号は、充電装置と電池パック２間の信号端子を介して、充電装置に設けられた制御装置となるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に伝達される。一方、電池パック２が機器（電動工具）に接続されて使用され、電池セル２ａが過放電となった場合、保護ＩＣ２ｂから出力される過放電信号は、ＦＥＴ制御手段２ｃを介して電流経路に設けられたＦＥＴ２ｄのゲート端子に入力されてＦＥＴ２ｄの制御（オフ）を行うために用いられる。ＦＥＴ２ｄには寄生ダイオード２ｅが内蔵されている。
３は電池パック２ａに流れる充電電流を検出する電流検出手段、４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、５は充電電流の信号を後述するＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。電流検出手段３は充電経路に接続された抵抗からなり、充電制御伝達信号手段４及び充電電流信号伝達手段５はフォトカプラ等からなる。６はＰＷＭ制御ＩＣの電源となる整流平滑回路で、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。
FIG. 1 is a circuit diagram of a charging apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is an AC power source, and 2 is a battery pack charged by the charging device of the present invention. The battery pack 2 monitors a battery voltage of a plurality of battery cells (secondary batteries) 2a connected in series and each battery cell 2a and determines that one of the plurality of battery cells 2a is overvoltage or overdischarge. A protection IC 2b serving as a protection unit (overdischarge detection unit) for outputting an abnormal signal to the battery, a switching element (FET) 2d connected in series with the battery cell 2a as a blocking unit, and a parasitic diode 2e connected in parallel with the FET 2d. And switch control means (FET control means) 2c for controlling the FET 2d. Further, the battery pack 2 is provided close to the battery cell 2a and detects the temperature of the battery cell 2a, and the cell number determination resistor 7 having information on the number of battery cells 2a in the battery pack 2, that is, the voltage of the battery pack. And a temperature sensitive element 8 such as a thermistor. In this embodiment, the number of cells is four and the rated voltage is 14.4V.
The overvoltage signal output from the protection IC 2b is transmitted to the A / D port 52 of the microcomputer 50 serving as a control device provided in the charging device via a signal terminal between the charging device and the battery pack 2. On the other hand, when the battery pack 2 is connected to a device (electric tool) and used, and the battery cell 2a is overdischarged, the overdischarge signal output from the protection IC 2b is sent to the current path via the FET control means 2c. The signal is input to the gate terminal of the provided FET 2d and used to control (turn off) the FET 2d. A parasitic diode 2e is built in the FET 2d.
3 is a current detecting means for detecting the charging current flowing in the battery pack 2a, 4 is a charging control signal transmitting means for transmitting a signal for controlling the start and stop of charging, and 5 is a feedback signal of the charging current to a PWM control IC 23 described later. Charging current signal transmission means. The current detection means 3 is composed of a resistor connected to the charging path, and the charge control transmission signal means 4 and the charging current signal transmission means 5 are composed of a photocoupler or the like. Reference numeral 6 denotes a rectifying / smoothing circuit serving as a power source for the PWM control IC, which includes a transformer 6a, a rectifying diode 6b, and a smoothing capacitor 6c.
電池パック２に内蔵されたセル数判別抵抗７は、セル数判別部８の抵抗と基準電圧となるＶｃｃの値を分圧する。分圧された電圧値は、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力され、マイコン５０は出力ポート５１ｂからＦＥＴ１０８を制御（オン／オフ）することにより電池パック２のセル数に対応した充電電圧を設定する。
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であり、商用電源１の交流電圧を整流・平滑して直流電圧に変換する。２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２、ＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路であり、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、平滑用コンデンサ３２、放電用抵抗３３からなり、スイッチング回路から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する。
４０はトランス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及び４７、レギュレータ４６、リセットＩＣ４８からなりマイコン５０やオペアンプ６１、６５の電源となる定電圧回路である。５０は制御手段となるマイコンで出力ポート５１ａ、５１ｂ、Ａ／Ｄ入力ポート５２、リセットポート５３から構成される。また、マイコン５０はタイマーを内蔵している。
６０はオペアンプ６１、６５、抵抗６２〜６４、６６、６７、ダイオード６８から構成される充電電流制御回路である。
７０は抵抗７１〜７３から構成される充電電流設定回路である。基準電圧Ｖｃｃを抵抗７１と抵抗７２によって分圧した値が充電電流を設定する際の基準値となる。また、抵抗７３がマイコン５０の出力ポート５１ｂに接続されており、抵抗７３が接続されている出力ポート５１ｂからロー信号を出力することによって抵抗７２と抵抗７３が並列に接続されることで、充電電流を設定する際の基準値を変化させ充電電流を変化させることができる。例えば、抵抗７３に連なる出力ポート５１ｂから出力信号を出力させない場合は、基準電圧Ｖｃｃの値を抵抗７１と抵抗７２で分圧した値が充電電流を設定するための基準値となる。このときの充電電流はＩ１である。抵抗７３に接続されている出力ポート５１ｂからロー信号を出力した場合は、抵抗７１と、抵抗７２と抵抗７３の並列抵抗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。このときの充電電流はＩ２である（Ｉ１＞Ｉ２）。なお、充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０は本発明の充電電流制御部に相当する。
８０は抵抗８１及び抵抗８２から構成される電池温度検出回路である。基準電圧Ｖｃｃは感温素子８と抵抗８２の並列抵抗と、抵抗８１によって分圧され、その分圧値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に電池温度情報として入力される。
８０は抵抗８１及び抵抗８２から構成される電池電圧検出回路である。電池電圧は抵抗８１及び８２によって分圧され、その分圧値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に電池電圧情報として入力される。
１００は充電電圧制御回路（定電圧制御回路）であり、抵抗１０１、１０３、１０５〜１０８、１１０と、ポテンショメータ１０２と、コンデンサ１０４と、ＦＥＴ１０８と、整流ダイオード１１１と、シャントレギュレータ１１２から構成される。充電電圧は、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５及び抵抗１０６の並列抵抗との分圧値がシャントレギュレータ１１２の基準値となるように設定される。例えば、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５とで設定される値は、４セルのリチウムイオン電池を充電するための充電電圧とし、抵抗１０５と抵抗１０６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５セルのリチウムイオン電池を充電するための充電電圧として設定することができる。
１２０はＬＥＤ１２１、抵抗１２２及び１２３から構成され充電状態を表示するための表示手段である。ＬＥＤ１２１は赤、緑、橙の３色を発色できるように構成されている。赤は充電前、橙は充電中、緑は充電終了を表す。なお、各ＬＥＤの点灯、点滅により充電状態を表示してもよい。
本発明の充電装置の充電方法を図４のフローチャートを用いて説明する。
まず、ユーザが電源を投入（電源プラグを商用電源１に接続）するとマイコン５０は出力ポート５１ａ及び５２ｂを初期セットする。次に、表示手段１２０において充電前であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を赤点灯させることにより充電前であることを表示する（ステップ４０１）。
次に、電池パック２が充電装置に接続されたか否かを判断する（ステップ４０２）。電池パック２の充電装置への接続は、例えば、電池温度検出回路８０を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値に変化があった場合に電池パック２が接続されたと判断すればよい。また、ステップ４０２における電池パック２の実装判断時に、セル数判別抵抗８を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値より電池パック２に内蔵されたセル数を判別し、判別したセル数に応じて充電電圧制御回路１００の出力電圧を設定する。
出力電圧は、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５及び抵抗１０６との分圧値がシャントレギュレータ１１２の基準値となるように設定される。本実施の形態においては、例えば、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５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電圧値とし、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５と抵抗１０６の並列抵抗（マイコン５０の出力ポート５１ｂより信号を出力することによりＦＥＴ１０９をオンさせた場合）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電圧値として定める。
続いて、充電を開始するが、充電中であることをユーザに示すため、表示手段１２０において表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２と抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、緑及び赤のＬＥＤを同時に点灯させて橙点灯させることにより充電中であることを表示する（ステップ４０３）。
次に、充電電流制御部（充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０）により、充電電流を所定値Ｉ２、例えば１．０Ａに設定する。具体的には、充電電流設定回路７０の抵抗７３に連なる出力ポート５２からロー信号を出力することにより、基準電圧Ｖｃｃを抵抗７１と抵抗７２及び抵抗７３の合成抵抗とにより分圧した値を設定電流Ｉ２として充電電流制御回路６０のオペアンプ６５に入力し、充電電流がＩ２になるように制御する。そして、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作させることによって充電を開始する（ステップ４０４）。
次に、充電開始から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップ４０５）。時間はマイコン５０に内蔵されたタイマーにより計測する。図１に示すように、電流遮断手段であるＦＥＴが電池パック２内に設けられている場合、過放電時にはＦＥＴが遮断されているため、電池電圧を検出することができない。そこで、極小さな電流Ｉ２（１．０Ａ）を電池セル２ａに流すことにより、ＦＥＴ２ｄに内蔵され寄生ダイオード２ｅを介して電池パック２の電池電圧を検出することができる。所定時間Ｔ１は極小さい電流（所定値Ｉ２）を極短い時間Ｔ１だけ流すことにより充電開始時の電池電圧を検出するための時間であり、本実施の形態においては３秒と定める。なお、この時間Ｔ１はこれに限るものではなく適宜定めてよい。
所定時間Ｔ１を経過したら充電初期の電池電圧を電池電圧検出回路９０によって検出し（ステップ４０６）、電池電圧が所定値Ｖ１以上であるか否かを判断する（ステップ４０７）。所定値Ｖ１は電池セル２ａが過放電であるか否かを判断する閾値であり、本実施の形態においては閾値Ｖ１を０．５Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が２．０Ｖ）と定める。なお、この値はこれに限るものではなく適宜定めてよい。
ここで、電池パック２が機器（電動工具）に接続されて放電する場合、保護ＩＣ２ｂにより各セル電圧を監視している。各セルの内、１つでも所定の電圧（例えば２．０Ｖ／セルであり、４セルの電池パック２の場合、電池電圧が８．０Ｖ）以下に低下すると、これ以上、放電を継続させないために放電経路（ＦＥＴ２ｄ）を遮断している。一旦放電経路を遮断すると電池電圧は回復するため、保護ＩＣ２ｂがＦＥＴ２ｄの遮断状態を解除（通電状態）することで、再度、放電することが可能となる。この時の所定の電圧（２．０Ｖ／セル）が本発明の第一の所定値であり、少なくとも保護ＩＣ２ｂを駆動できる程度の電圧で、電池セルが劣化しないように極度の過放電閾値より大きい電圧であり余裕をもって設定されている。
一方で、長時間使用していない電池パック２は、電圧が所定の電圧（２．０／Ｖ）より更に低下し、保護ＩＣ２ｂを駆動できない電圧（０Ｖ近く）にまで低下してしまう極度の過放電状態となる場合がある。この場合、ＦＥＴ２ｄを遮断した後、保護ＩＣ２ｂも停止してしまい、各セル電圧を検出することができない。また、極度の過放電状態により劣化が進んで使用できない状態（寿命）となってしまう場合がある。更に、極度の過放電状態にある電池パック２を後述する充電電流Ｉ１（＞Ｉ２）で充電すると、電池セル内で短絡が生じている場合には電池セルが発熱してしまう可能性がある。
そこで、ステップ４０４、ステップ４０５において、電池セル２ａが発熱しない程度の微小電流（例えば０．５Ａ）を電池セル２ａに流して電池状態を判断している。
ステップ４０７において、電池電圧が所定値Ｖ１以上でない場合（ステップ４０７でＮＯ）は、充電装置に接続された電池パック２が過放電電池と判断して充電を行わない。すなわち、極度の過放電状態となり寿命等で使用できない場合には充電を禁止するようにしている。この際、電池パック２が異常であることをユーザに示すため、表示手段１２０において、異常終了状態であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号とロー信号をある周期で出力し、表示手段１２０を赤点滅させることにより異常終了状態であることを表示する（ステップ４０８）。
次に、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にすることによって充電を終了する（ステップ４０９）。その後電池パック２が充電装置から取り外されたか否かを判断し（ステップ４１０）は、取り外された場合はステップ４０１に戻る。
一方、ステップ４０７において電池電圧が所定値Ｖ１以上であると判断した場合（ステップ４０７でＹＥＳ）は、過放電電池ではないと判断して充電を継続する（ステップ４１１）。極度の過放電状態となったが寿命ではない正常の電池セル２ａの場合、微小電流を流すことで、電池電圧がある程度（例えば２．０Ｖ）まで直ぐに上昇する。従って、ステップ４０７で電池電圧は所定値Ｖ１（０．５Ｖ／セル）より大きい電圧（２．０Ｖ／セル）となるため、正常電池と判断して充電を継続することになる。なお、所定値Ｖ１は第二の所定値に相当する。
次に、電池電圧検出回路９０において、電池電圧が所定値Ｖ２以上であるか否かを判別する（ステップ４１２）。一般的に、電池を充電すると、容量が少なく電圧が低い状態であっても、所定時間充電することにより、ある程度まで電圧が上昇する。逆に、電圧が上昇しない電池は、セル内部でショート等の不具合が生じている可能性があり、充電を行うと発熱等の不具合が生じる可能性がある。所定値Ｖ２は、この不具合が生じている可能性があるか否かを判断するための電圧閾値とする。所定値Ｖ２は、本実施の形態においては、例えば、３.０Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が１２．０Ｖ）と定める。この閾値はこれに限定されず適宜定めてよい。
ステップ４１２において電池電圧が閾値Ｖ２以上であると判断した場合（ステップ４１２でＹＥＳ）は、電池セル２ａが正常であると判断して、充電電流を初期電流Ｉ２より大きいＩ１（Ｉ１＞Ｉ２）、例えば３．５Ａに切り替える（ステップ４１３）。この切り替えは、抵抗７３に連なる出力ポート５２から信号を出力させないことにより設定される。ここで、各電池セル２ａの電圧が全て３．０Ｖ以上となったら電池の過放電状態が解除され、保護ＩＣ２ｂからＦＥＴ制御手段２ｃを介してＦＥＴ２ｄに遮断解除信号が出力される。ＦＥＴ２ｄはオン（導通）状態に復帰するため、充電電流はＦＥＴ２ｄを介して流れることが可能となる。
その後、マイコン５０は充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ４１４）。充電終了の検出方法は多々ある。本実施の形態においては、定電流・定電圧充電制御にて充電を行い、定電圧充電区間において、充電電流が徐々に、或いは、段階的に低下し、充電電流が満充電閾値以下となったら満充電と判断してしたら充電を終了する。ここで、充電電流は電流検出手段３を電流が流れることにより生じる電圧降下をオペアンプ６１において反転増幅し、その値をマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力することにより検出する。また、別の方法として、電池温度検出回路８０において、電池温度が所定温度以上に達したら満充電と判断して充電を終了してもよい。なお、満充電の検出方法は、これらの方法に限るものではない。
充電が終了したら、表示手段１２０においてユーザに表示する。表示手段１２０の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を緑点灯させることにより充電終了であることを表示する（ステップ４１５）。その後、ステップ４０９、ステップ４１０に進み、次の充電まで待機する。
一方、ステップ４１２において、電池電圧が所定値Ｖ２以上でないと判別した場合（ステップ４１２でＮＯ）は、充電開始から所定時間Ｔ２、例えば６分が経過したか否かを判断する（ステップ４１６）。上記したように、電池を充電すると、容量が少なく電圧が低い状態であっても、所定時間充電することにより、ある程度まで電圧が上昇する。逆に、電圧が上昇しない電池は、セル内部でショート等の不具合が生じている可能性があり、充電を行うと発熱等の不具合が生じる可能性がある。従って、電圧がある程度まで上昇する時間を所定時間Ｔ２、例えば５分として定める。なお、所定時間Ｔ２はこの値に限るものではなく適宜定めてよい。
ステップ４１６において、充電開始から所定時間Ｔ２が経過していない場合（ステップ４１６でＮＯ）は、充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ４１７）。充電終了モードの判別方法はステップ４１４と同様である。ステップ４１７において、充電終了モードと判断しなかった場合はステップ４１２に戻る。すなわち、所定時間Ｔ２が経過するまで所定電圧Ｖ２まで電圧が上昇するか否かを監視する。ステップ４１７において充電終了モードと判断した場合は、ステップ４１５に進み、充電終了の処理（ステップ４０９、４１０）を行う。
以上から、電流遮断手段であるＦＥＴ２ｄが電池パック内に設けられた電池パック２において、過放電状態となった電池パックを充電する場合、極小さな電流Ｉ２を極短時間Ｔ１だけ寄生ダイオードを介して電池パックに流すことで、電池電圧を検出することができるようになる。そのため、検出電圧（電池パック２の状態）に基づいて、電池電圧が所定電圧Ｖ１未満であれば過放電電池と判断して充電を停止することができ、セル内部でショート等が生じていても発熱等の不具合を未然に抑制することができる。また、正常な電池であれば充電電流を初期電流Ｉ１より大きいＩ２に切り替えて充電できるため、充電時間を短縮して充電することができる。従って、本発明によれば、電流遮断手段であるＦＥＴが電池パック内に設けられた電池パック２であっても電池電圧を正確に検出することができるため最適な充電制御を行うことができる。なお、本実施の形態において、過放電状態とは、通常の放電によってＦＥＴ２ｄを遮断する電圧（２．０Ｖ／セル）ではなく、更に低い極度の過放電状態（例えば０．５Ｖ／セル）を示している。以下の実施の形態についても同様である。
次に、電池パック内に電流遮断用のＦＥＴが設けられていない電池パックの充電について説明する。図２に示すように、電池パック２００には図１の電池パック２のＦＥＴ２ｄ、寄生ダイオード２ｅが設けられておらず、電池パック２００で駆動する機器側（電動工具側）に電流遮断のためのＦＥＴが設けられている。電池セル２ａの過放電時には、保護ＩＣ２ｂからの過放電信号が、ＦＥＴ制御手段２ｃ、信号端子を介して機器側のＦＥＴを遮断するように制御するように構成する。なお、充電装置の回路構成は図１で示したものと基本的には同じである。
ここで、図２に示したように、電池パックに電流遮断用のＦＥＴが設けられておらず、機器側に電流遮断用のＦＥＴに保護ＩＣ２ｄから信号（過放電信号）を出力する構成を有する電池パック２００が過放電状態である場合の充電処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。
まず、ユーザが電源を投入すると、マイコン５０は出力ポート５１ａ及び５２ｂを初期セットする。次に、表示手段１２０において充電前であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を赤点灯させることにより充電前であることを表示する（ステップ３０１）。
次に、電池パック２００が充電装置に接続されたか否かを判断する（ステップ３０２）。電池パック２００の充電装置への接続は、例えば、電池温度検出回路８０を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値に変化があった場合に電池パック２００が接続されたと判断すればよい。また、ステップ３０２における電池パック２００の実装判断時に、セル数判別抵抗８を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値より電池パック２００に内蔵されたセル数を判別し、判別したセル数に応じて充電電圧制御回路１００の出力電圧を設定する。
出力電圧は、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５及び抵抗１０６との分圧値がシャントレギュレータ１１２の基準値となるように設定される。本実施の形態においては、例えば、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５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電圧値とし、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５及び抵抗１０６の並列抵抗（マイコン５０の出力ポート５１ｂより信号を出力することによりＦＥＴ１０９をオンさせた場合）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電圧値と定める。
次に、マイコン５０は、電池電圧検出回路９０において電池電圧を検出する（ステップ３０３）。電池電圧を抵抗９１と抵抗９２とで分圧した分圧値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力されることにより検出できる。ステップ３０３において、検出された電池電圧が所定値Ｖ１以上であるか否かを判断する（ステップ３０４）。Ｖ１は電池パック２００（電池セル２ａ）が過放電であるか否かを判断する閾値であり、本実施の形態においては、例えば閾値Ｖ１を０．５Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が２．０Ｖ）と定める。なお、この閾値はこの値に限るものではなく適宜定めることができる。
ステップ３０４において、電池電圧が所定値Ｖ１以上でない場合（ステップ３０４でＮＯ）は、充電装置に接続された電池パック２００が過放電電池であるため充電を行わない。この際、電池パック２００が異常であることをユーザに示すため、表示手段１２０において、異常終了状態であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号とロー信号をある周期で出力し、表示手段１２０を赤点滅させることにより異常終了状態であることを表示する（ステップ３０５）。
次に、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にすることによって充電を終了する（ステップ３０６）。その後、電池パック２００が充電装置から取り外されたか否かを判断し（ステップ３０７）、取り外された場合は、ステップ３０１に戻る。
一方、ステップ３０４において電池電圧が所定値Ｖ１以上である場合（ステップ３０４でＹＥＳ）は、充電を開始する。この際、充電中であることを表示手段１２０で表示する。例えば、表示手段１２０の抵抗１２２及び抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を橙点灯させることにより充電中であることを表示する（ステップ３０８）。
次に、充電電流制御部（充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０）により、充電電流を所定値Ｉ２、例えば１．０Ａに設定する。具体的には、充電電流設定回路７０の抵抗７３に連なる出力ポート５２からロー信号を出力することにより設定する。出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作させることによって充電を開始する（ステップ３０８）。
充電を開始したら、電池電圧検出回路９０において、電池電圧が所定値Ｖ２以上であるか否かを判別する（ステップ３１０）。一般的に、電池を充電すると、容量が少なく電圧が低い状態であっても、所定時間充電することにより、ある程度まで電圧が上昇する。逆に、電圧が上昇しない電池は、セル内部でショート等の不具合が生じている可能性があり、充電を行うと発熱等の不具合が生じる可能性がある。所定値Ｖ２は、この不具合が生じている可能性があるか否かを判断するための電圧閾値とする。所定値Ｖ２は、本実施の形態においては、例えば、３.０Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が１２．０Ｖ）と定める。なお、この閾値はこれに限定されず適宜定めてよい。
ステップ３１０において電池電圧が閾値Ｖ２以上であると判断した場合（ステップ３１０でＹＥＳ）は、電池セルが正常であると判断して、充電電流を初期電流Ｉ２より大きいＩ１、例えば３．５Ａに切り替える（ステップ３１１）。この切り替えは、抵抗７３に連なる出力ポート５２から信号を出力させないことにより設定される。
その後、マイコン５０は充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ３１２）。満充電の判断は、充電電流が満充電閾値より低下したら満充電と判断して充電を終了するものとする。
充電が終了したら、表示手段１２０においてユーザに表示する。表示手段１２０の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を緑点灯させることにより充電終了であることを表示する（ステップ３１３）。その後、ステップ３０６、ステップ３０７に進み、次の充電まで待機する。
一方、ステップ３１０において、電池電圧が所定値Ｖ２以上でないと判別した場合（ステップ３１０でＮＯ）は、充電開始から所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（ステップ３１４）。所定時間Ｔ２は上記したように定める。
ステップ３１４において、充電開始から所定時間Ｔ２が経過していない場合は、充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ３１５）。充電終了モードの判別方法はステップ３１２と同様である。ステップ３１５において、充電終了モードと判断しなかった場合はステップ３１０に戻る。すなわち、所定時間Ｔ２が経過するまで所定電圧Ｖ２まで電圧が上昇するか否かを監視する。ステップ３１５において充電終了モードを検出した場合は、ステップ３１３に進み、充電終了の処理を行う。
以上から、電池パック内に電流遮断用のＦＥＴが設けられておらず、機器（電動工具）側に電流遮断のためのＦＥＴが設けられている場合には、充電開始前に電池電圧を検出することが可能であるため、その電圧値に対応して充電を開始、或いは充電を禁止することが可能である。しかしながら、図１に示したような電流遮断のためのＦＥＴが電池パック内に設けられている場合、過放電時にはＦＥＴが遮断されている。このため過放電時においては、充電経路が遮断されていることになり、電池電圧を検出することができない。本発明は、電池パックに電流遮断用のＦＥＴが設けられている場合であっても、充電開始時に極小の電流を流して電池電圧を検出できるようにし、検出電圧に基づいて最適な充電制御を行うことができる。
本発明は、二次電池としてリチウムイオン電池を説明したがこれに限るものではない。また、充電制御を定電流・定電圧制御としたがこれに限るものではない。本発明のように充電開始時に微小電流を流すことにより電池電圧を検出できるように構成するものであればよい。
また、本実施の形態では、電池状態を電池電圧検出回路で検出した電池電圧により判断しているが、保護ＩＣ２ｂからマイコン５０に出力される信号により判断してもよい。すなわち、極度の過放電電状態の場合には保護ＩＣ２ｂも動作しないため、例えばマイコン５０の保護ＩＣ２ｂと連なるポート５２には信号が入力されない。初期充電後（図３のステップ４０４〜４０６）、電池セル２ａが正常であれば電池電圧は上昇するため、それに伴い保護ＩＣ２ｂが動作可能となる。保護ＩＣ２ｂからマイコン５０のポート５２に信号（例えばロー信号）を入力する。これにより、電池セルの状態を判断するようにしてもよい。充電後、保護ＩＣ２ｂからの信号が再度なくなった場合、過充電と判断して充電を停止することもできる。
The cell number discrimination resistor 7 incorporated in the battery pack 2 divides the resistance of the cell number discrimination unit 8 and the value of Vcc serving as a reference voltage. The divided voltage value is input to the A / D port 52 of the microcomputer 50, and the microcomputer 50 controls (ON / OFF) the FET 108 from the output port 51 b to obtain a charging voltage corresponding to the number of cells of the battery pack 2. Set.
Reference numeral 10 denotes a rectifying / smoothing circuit including a full-wave rectifying circuit 11 and a smoothing capacitor 12, which rectifies and smoothes the AC voltage of the commercial power source 1 and converts it to a DC voltage. A switching circuit 20 includes a high-frequency transformer 21, a MOSFET 22, and a PWM control IC 23. The PWM control IC 23 is a switching power supply IC that adjusts the output voltage of the rectifying and smoothing circuit 30 by changing the drive pulse width of the MOSFET 22.
A rectifying / smoothing circuit 30 includes a diode 31, a smoothing capacitor 32, and a discharging resistor 33, and rectifies and smoothes the AC voltage output from the switching circuit to output a DC voltage.
A constant voltage circuit 40 includes a transformer 41a to 41c, a switching element 42, a control element 43, a rectifier diode 44, capacitors 45 and 47, a regulator 46, and a reset IC 48 and serves as a power source for the microcomputer 50 and the operational amplifiers 61 and 65. Reference numeral 50 denotes a microcomputer serving as a control means, which includes output ports 51a and 51b, an A / D input port 52, and a reset port 53. The microcomputer 50 has a built-in timer.
A charging current control circuit 60 includes operational amplifiers 61 and 65, resistors 62 to 64, 66 and 67, and a diode 68.
Reference numeral 70 denotes a charging current setting circuit composed of resistors 71 to 73. A value obtained by dividing the reference voltage Vcc by the resistors 71 and 72 is a reference value for setting the charging current. Further, the resistor 73 is connected to the output port 51b of the microcomputer 50, and the resistor 72 and the resistor 73 are connected in parallel by outputting a low signal from the output port 51b to which the resistor 73 is connected. The charging current can be changed by changing the reference value when setting the current. For example, when an output signal is not output from the output port 51b connected to the resistor 73, a value obtained by dividing the value of the reference voltage Vcc by the resistor 71 and the resistor 72 is a reference value for setting the charging current. The charging current at this time is I1. When a low signal is output from the output port 51b connected to the resistor 73, a value divided by the resistor 71 and the parallel resistance of the resistor 72 and the resistor 73 becomes a reference value for setting the charging current. The charging current at this time is I2 (I1> I2). The charging current control circuit 60 and the charging current setting circuit 70 correspond to the charging current control unit of the present invention.
A battery temperature detection circuit 80 includes a resistor 81 and a resistor 82. The reference voltage Vcc is divided by the parallel resistance of the temperature sensing element 8 and the resistor 82 and the resistor 81, and the divided value is input to the A / D port 52 of the microcomputer 50 as battery temperature information.
A battery voltage detection circuit 80 includes a resistor 81 and a resistor 82. The battery voltage is divided by resistors 81 and 82, and the divided value is input to the A / D port 52 of the microcomputer 50 as battery voltage information.
A charging voltage control circuit (constant voltage control circuit) 100 includes resistors 101, 103, 105-108, 110, a potentiometer 102, a capacitor 104, an FET 108, a rectifier diode 111, and a shunt regulator 112. . The charging voltage is set so that the divided value of the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 and the parallel resistance of the resistor 105 and the resistor 106 becomes the reference value of the shunt regulator 112. For example, the value set by the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 and the resistor 105 is a charging voltage for charging a 4-cell lithium ion battery, and the parallel resistance of the resistor 105 and the resistor 106 (turns on the FET 108). Can be set as a charging voltage for charging a 5-cell lithium ion battery.
Reference numeral 120 denotes a display unit that includes the LED 121 and the resistors 122 and 123 to display the state of charge. The LED 121 is configured to generate three colors of red, green, and orange. Red indicates charging, orange indicates charging, and green indicates charging end. In addition, you may display a charge condition by lighting and blinking of each LED.
The charging method of the charging device of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, when the user turns on the power (connects the power plug to the commercial power supply 1), the microcomputer 50 initially sets the output ports 51a and 52b. Next, the display means 120 displays that it is before charging. In the present embodiment, a high signal is output from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 122 of the display means 120, and the display means 120 is lit in red to indicate that it is before charging (step 401).
Next, it is determined whether or not the battery pack 2 is connected to the charging device (step 402). The battery pack 2 is connected to the charging device, for example, when the value of the A / D port 52 of the microcomputer 50 input via the battery temperature detection circuit 80 is changed, it is determined that the battery pack 2 is connected. That's fine. Further, when determining whether or not the battery pack 2 is mounted in step 402, the number of cells built in the battery pack 2 is determined and determined from the value of the A / D port 52 of the microcomputer 50 input via the cell number determination resistor 8. The output voltage of the charging voltage control circuit 100 is set according to the number of cells.
The output voltage is set so that the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 and the divided value of the resistor 105 and the resistor 106 become the reference value of the shunt regulator 112. In the present embodiment, for example, the value determined by the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 and the resistor 105 is a voltage value for charging a 4-cell lithium ion battery, and the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 is And the parallel resistance of the resistor 105 and the resistor 106 (when the FET 109 is turned on by outputting a signal from the output port 51b of the microcomputer 50) is a voltage value for charging a 5-cell lithium ion battery. Determine as
Subsequently, charging is started, but is displayed on the display means 120 to indicate to the user that charging is in progress. In the present embodiment, a high signal is output from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 122 and the resistor 123 of the display means 120, and the green and red LEDs are turned on at the same time and are turned on in orange. (Step 403).
Next, the charging current control unit (charging current control circuit 60, charging current setting circuit 70) sets the charging current to a predetermined value I2, for example 1.0A. Specifically, by outputting a low signal from the output port 52 connected to the resistor 73 of the charging current setting circuit 70, a value obtained by dividing the reference voltage Vcc by the combined resistance of the resistor 71, the resistor 72, and the resistor 73 is set. The current I2 is input to the operational amplifier 65 of the charging current control circuit 60, and the charging current is controlled to be I2. Then, a low signal is output from a port connected to the photocoupler 4 in the output port 51a, and charging is started by operating the PWM control IC 23 (step 404).
Next, it is determined whether or not a predetermined time T1 has elapsed since the start of charging (step 405). The time is measured by a timer built in the microcomputer 50. As shown in FIG. 1, when the FET serving as the current interrupting means is provided in the battery pack 2, the battery voltage cannot be detected because the FET is interrupted during overdischarge. Therefore, by passing a very small current I2 (1.0 A) to the battery cell 2a, the battery voltage of the battery pack 2 can be detected via the parasitic diode 2e built in the FET 2d. The predetermined time T1 is a time for detecting the battery voltage at the start of charging by flowing a very small current (predetermined value I2) for a very short time T1, and is defined as 3 seconds in this embodiment. The time T1 is not limited to this, and may be determined as appropriate.
When the predetermined time T1 has elapsed, the battery voltage detection circuit 90 detects the battery voltage at the initial stage of charging (step 406), and determines whether or not the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value V1 (step 407). The predetermined value V1 is a threshold value for determining whether or not the battery cell 2a is overdischarged. In this embodiment, the threshold value V1 is set to 0.5 V / cell (in the case of 4 cells, the battery pack voltage is 2.0 V). ). Note that this value is not limited to this value and may be determined as appropriate.
Here, when the battery pack 2 is connected to a device (electric tool) and is discharged, each cell voltage is monitored by the protection IC 2b. If any one of the cells falls below a predetermined voltage (for example, 2.0 V / cell, and in the case of the 4-cell battery pack 2, the battery voltage is 8.0 V), the discharge is not continued any more. The discharge path (FET 2d) is blocked. Once the discharge path is interrupted, the battery voltage recovers. Therefore, the protection IC 2b releases the interrupted state of the FET 2d (energized state), and can be discharged again. The predetermined voltage (2.0 V / cell) at this time is the first predetermined value of the present invention, which is at least a voltage that can drive the protection IC 2 b and is larger than the extreme overdischarge threshold so that the battery cell does not deteriorate. It is a voltage and is set with a margin.
On the other hand, the battery pack 2 that has not been used for a long time has a voltage that is further reduced from a predetermined voltage (2.0 / V) to a voltage (near 0 V) at which the protection IC 2b cannot be driven. There may be a discharge state. In this case, after the FET 2d is cut off, the protection IC 2b is also stopped, and each cell voltage cannot be detected. In addition, there is a case where deterioration (deterioration) occurs due to an extreme overdischarge state and the device cannot be used (lifetime). Furthermore, if the battery pack 2 in an extremely overdischarged state is charged with a charging current I1 (> I2) described later, the battery cell may generate heat if a short circuit occurs in the battery cell.
Therefore, in step 404 and step 405, the battery state is judged by flowing a minute current (for example, 0.5 A) that does not generate heat in the battery cell 2a to the battery cell 2a.
If the battery voltage is not equal to or higher than the predetermined value V1 in step 407 (NO in step 407), the battery pack 2 connected to the charging device is determined to be an overdischarge battery and is not charged. That is, charging is prohibited when the battery becomes extremely over-discharged and cannot be used due to its life. At this time, in order to indicate to the user that the battery pack 2 is abnormal, the display unit 120 displays that the battery pack 2 is in an abnormal end state. In the present embodiment, a high signal and a low signal are output at a certain cycle from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 122 of the display unit 120, and the display unit 120 is blinked red to indicate that the abnormal end state has occurred. It is displayed (step 408).
Next, a high signal is output from the port connected to the photocoupler 4 in the output port 51a, and charging is terminated by setting the PWM control IC 23 to the stop state (step 409). Thereafter, it is determined whether or not the battery pack 2 has been removed from the charging device (step 410). If the battery pack 2 has been removed, the process returns to step 401.
On the other hand, if it is determined in step 407 that the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value V1 (YES in step 407), it is determined that the battery is not an overdischarge battery and charging is continued (step 411). In the case of a normal battery cell 2a that is in an extreme overdischarged state but has no lifetime, the battery voltage immediately rises to a certain level (for example, 2.0 V) by passing a minute current. Therefore, in step 407, since the battery voltage becomes a voltage (2.0 V / cell) larger than the predetermined value V1 (0.5 V / cell), it is determined that the battery is a normal battery and charging is continued. The predetermined value V1 corresponds to a second predetermined value.
Next, in the battery voltage detection circuit 90, it is determined whether or not the battery voltage is equal to or higher than a predetermined value V2 (step 412). Generally, when a battery is charged, the voltage rises to some extent by charging for a predetermined time even in a state where the capacity is low and the voltage is low. On the other hand, a battery whose voltage does not increase may have a problem such as a short circuit inside the cell, and may cause a problem such as heat generation when charged. The predetermined value V2 is a voltage threshold value for determining whether or not there is a possibility that this problem has occurred. In the present embodiment, the predetermined value V2 is determined to be, for example, 3.0 V / cell (in the case of 4 cells, the battery pack voltage is 12.0 V). This threshold value is not limited to this and may be determined as appropriate.
If it is determined in step 412 that the battery voltage is equal to or higher than the threshold V2 (YES in step 412), it is determined that the battery cell 2a is normal, and the charging current is larger than the initial current I2 (I1> I2). For example, the mode is switched to 3.5A (step 413). This switching is set by not outputting a signal from the output port 52 connected to the resistor 73. Here, when all the voltages of the battery cells 2a become 3.0V or more, the overdischarge state of the battery is released, and a cutoff release signal is output from the protection IC 2b to the FET 2d via the FET control means 2c. Since the FET 2d returns to the on (conducting) state, the charging current can flow through the FET 2d.
Thereafter, the microcomputer 50 determines whether or not the charging end mode is set (step 414). There are many methods for detecting the end of charging. In the present embodiment, charging is performed by constant current / constant voltage charging control, and the charging current gradually or stepwise decreases in the constant voltage charging section, and the charging current becomes less than the full charge threshold. If it is determined that the battery is fully charged, charging is terminated. Here, the charging current is detected by inverting and amplifying the voltage drop caused by the current flowing through the current detecting means 3 in the operational amplifier 61 and inputting the value to the A / D port 52 of the microcomputer 50. As another method, in the battery temperature detection circuit 80, when the battery temperature reaches a predetermined temperature or more, it may be determined that the battery is fully charged and the charging may be terminated. Note that the full charge detection method is not limited to these methods.
When charging is completed, the display means 120 displays it to the user. A high signal is output from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 123 of the display means 120, and the display means 120 is lit in green to indicate that charging is complete (step 415). Then, it progresses to step 409, step 410, and waits for the next charge.
On the other hand, if it is determined in step 412 that the battery voltage is not equal to or higher than the predetermined value V2 (NO in step 412), it is determined whether or not a predetermined time T2, for example, 6 minutes has elapsed since the start of charging (step 416). As described above, when the battery is charged, the voltage rises to some extent by charging for a predetermined time even when the capacity is low and the voltage is low. On the other hand, a battery whose voltage does not increase may have a problem such as a short circuit inside the cell, and may cause a problem such as heat generation when charged. Therefore, the time for the voltage to rise to some extent is determined as a predetermined time T2, for example, 5 minutes. The predetermined time T2 is not limited to this value and may be determined as appropriate.
If it is determined in step 416 that the predetermined time T2 has not elapsed since the start of charging (NO in step 416), it is determined whether or not the charging end mode is set (step 417). The method for determining the charge end mode is the same as in step 414. If it is not determined in step 417 that the charging end mode is selected, the process returns to step 412. That is, it is monitored whether or not the voltage rises to the predetermined voltage V2 until the predetermined time T2 elapses. If it is determined in step 417 that the charging end mode is set, the process proceeds to step 415, and charging end processing (steps 409 and 410) is performed.
From the above, in the battery pack 2 in which the FET 2d as the current interrupting means is provided in the battery pack, when charging the battery pack in an overdischarged state, a very small current I2 is passed through the parasitic diode for a very short time T1. The battery voltage can be detected by flowing the battery pack. Therefore, based on the detected voltage (the state of the battery pack 2), if the battery voltage is less than the predetermined voltage V1, it can be determined that the battery is an overdischarge battery, and charging can be stopped. Problems such as heat generation can be suppressed in advance. Further, since a normal battery can be charged by switching the charging current to I2 larger than the initial current I1, the charging time can be shortened and charging can be performed. Therefore, according to the present invention, the battery voltage can be accurately detected even when the FET serving as the current interrupting means is the battery pack 2 provided in the battery pack, so that optimum charging control can be performed. In the present embodiment, the overdischarge state is not a voltage (2.0 V / cell) that cuts off the FET 2d by normal discharge, but a lower extreme overdischarge state (for example, 0.5 V / cell). ing. The same applies to the following embodiments.
Next, charging of a battery pack in which a current blocking FET is not provided in the battery pack will be described. As shown in FIG. 2, the battery pack 200 is not provided with the FET 2 d and the parasitic diode 2 e of the battery pack 2 of FIG. 1, and the device side (power tool side) driven by the battery pack 200 is for cutting off current. An FET is provided. At the time of overdischarge of the battery cell 2a, an overdischarge signal from the protection IC 2b is controlled to shut off the device side FET via the FET control means 2c and the signal terminal. The circuit configuration of the charging device is basically the same as that shown in FIG.
Here, as shown in FIG. 2, the battery pack is not provided with a current interrupting FET, and a signal (overdischarge signal) is output from the protection IC 2 d to the current interrupting FET on the device side. A charging process when the battery pack 200 is in an overdischarged state will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, when the user turns on the power, the microcomputer 50 initially sets the output ports 51a and 52b. Next, the display means 120 displays that it is before charging. In the present embodiment, a high signal is output from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 122 of the display means 120, and the display means 120 is lit red to indicate that it is before charging (step 301).
Next, it is determined whether or not the battery pack 200 is connected to the charging device (step 302). The battery pack 200 is connected to the charging device, for example, when the value of the A / D port 52 of the microcomputer 50 input via the battery temperature detection circuit 80 is changed, it is determined that the battery pack 200 is connected. That's fine. Further, when the battery pack 200 is determined to be mounted in step 302, the number of cells built in the battery pack 200 is determined from the value of the A / D port 52 of the microcomputer 50 input via the cell number determination resistor 8, and determined. The output voltage of the charging voltage control circuit 100 is set according to the number of cells.
The output voltage is set so that the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 and the divided value of the resistor 105 and the resistor 106 become the reference value of the shunt regulator 112. In the present embodiment, for example, the value determined by the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 and the resistor 105 is a voltage value for charging a 4-cell lithium ion battery, and the series resistance of the resistor 101 and the potentiometer 102 is And the parallel resistance of the resistor 105 and the resistor 106 (when the FET 109 is turned on by outputting a signal from the output port 51b of the microcomputer 50) is a voltage value for charging a 5-cell lithium ion battery It is determined.
Next, the microcomputer 50 detects the battery voltage in the battery voltage detection circuit 90 (step 303). This can be detected by inputting a divided voltage value obtained by dividing the battery voltage by the resistor 91 and the resistor 92 to the A / D port 52 of the microcomputer 50. In step 303, it is determined whether or not the detected battery voltage is equal to or higher than a predetermined value V1 (step 304). V1 is a threshold value for determining whether or not the battery pack 200 (battery cell 2a) is overdischarged. In the present embodiment, for example, the threshold value V1 is set to 0.5 V / cell (in the case of 4 cells, the battery pack). The voltage is defined as 2.0V). This threshold value is not limited to this value and can be determined as appropriate.
In step 304, when the battery voltage is not equal to or higher than the predetermined value V1 (NO in step 304), charging is not performed because the battery pack 200 connected to the charging device is an overdischarge battery. At this time, in order to indicate to the user that the battery pack 200 is abnormal, the display unit 120 displays that the battery pack 200 is in an abnormal end state. In the present embodiment, a high signal and a low signal are output at a certain cycle from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 122 of the display unit 120, and the display unit 120 is blinked red to indicate that the abnormal end state has occurred. It is displayed (step 305).
Next, a high signal is output from the port connected to the photocoupler 4 in the output port 51a, and the charging is terminated by setting the PWM control IC 23 to the stop state (step 306). Thereafter, it is determined whether or not the battery pack 200 has been removed from the charging device (step 307). If the battery pack 200 has been removed, the process returns to step 301.
On the other hand, when the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value V1 in step 304 (YES in step 304), charging is started. At this time, the display unit 120 displays that charging is in progress. For example, a high signal is output from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 122 and the resistor 123 of the display unit 120, and the display unit 120 is lit in orange to indicate that charging is in progress (step 308).
Next, the charging current control unit (charging current control circuit 60, charging current setting circuit 70) sets the charging current to a predetermined value I2, for example 1.0A. Specifically, the setting is performed by outputting a low signal from the output port 52 connected to the resistor 73 of the charging current setting circuit 70. Charging is started by outputting a low signal from the port connected to the photocoupler 4 in the output port 51a and operating the PWM control IC 23 (step 308).
When charging is started, the battery voltage detection circuit 90 determines whether or not the battery voltage is equal to or higher than a predetermined value V2 (step 310). Generally, when a battery is charged, the voltage rises to some extent by charging for a predetermined time even in a state where the capacity is low and the voltage is low. On the other hand, a battery whose voltage does not increase may have a problem such as a short circuit inside the cell, and may cause a problem such as heat generation when charged. The predetermined value V2 is a voltage threshold value for determining whether or not there is a possibility that this problem has occurred. In the present embodiment, the predetermined value V2 is determined to be, for example, 3.0 V / cell (in the case of 4 cells, the battery pack voltage is 12.0 V). This threshold value is not limited to this, and may be determined as appropriate.
If it is determined in step 310 that the battery voltage is equal to or higher than the threshold value V2 (YES in step 310), it is determined that the battery cell is normal, and the charging current is switched to I1, which is greater than the initial current I2, for example, 3.5A. (Step 311). This switching is set by not outputting a signal from the output port 52 connected to the resistor 73.
Thereafter, the microcomputer 50 determines whether or not the charging end mode is set (step 312). In the determination of full charge, when the charging current is lower than the full charge threshold, it is determined that the battery is fully charged and the charging is terminated.
When charging is completed, the display means 120 displays it to the user. A high signal is output from the output port 51a of the microcomputer 50 connected to the resistor 123 of the display means 120, and the display means 120 is lit in green to indicate that charging is complete (step 313). Then, it progresses to step 306, step 307, and waits for the next charge.
On the other hand, if it is determined in step 310 that the battery voltage is not equal to or higher than the predetermined value V2 (NO in step 310), it is determined whether or not a predetermined time T2 has elapsed from the start of charging (step 314). The predetermined time T2 is determined as described above.
If the predetermined time T2 has not elapsed since the start of charging in step 314, it is determined whether or not the charging end mode is set (step 315). The method for determining the charge end mode is the same as in step 312. If it is not determined in step 315 that the charging end mode is selected, the process returns to step 310. That is, it is monitored whether or not the voltage rises to the predetermined voltage V2 until the predetermined time T2 elapses. When the charge end mode is detected in step 315, the process proceeds to step 313, and the charge end process is performed.
From the above, when the current cut-off FET is not provided in the battery pack and the current cut-off FET is provided on the device (electric tool) side, the battery voltage is detected before the start of charging. Therefore, charging can be started or charging can be prohibited according to the voltage value. However, when the FET for cutting off the current as shown in FIG. 1 is provided in the battery pack, the FET is cut off during overdischarge. For this reason, during overdischarge, the charging path is interrupted, and the battery voltage cannot be detected. Even if the battery pack is provided with a current interrupting FET, the present invention enables the battery voltage to be detected by flowing a very small current at the start of charging, and optimal charging control is performed based on the detected voltage. It can be carried out.
Although this invention demonstrated the lithium ion battery as a secondary battery, it is not restricted to this. Further, although the charging control is constant current / constant voltage control, the present invention is not limited to this. Any configuration may be used as long as the battery voltage can be detected by passing a minute current at the start of charging as in the present invention.
In the present embodiment, the battery state is determined by the battery voltage detected by the battery voltage detection circuit, but may be determined by a signal output from the protection IC 2b to the microcomputer 50. That is, since the protection IC 2b does not operate in the extreme overdischarge state, no signal is input to the port 52 connected to the protection IC 2b of the microcomputer 50, for example. After the initial charging (steps 404 to 406 in FIG. 3), if the battery cell 2a is normal, the battery voltage rises. Accordingly, the protection IC 2b becomes operable. A signal (for example, a low signal) is input from the protection IC 2 b to the port 52 of the microcomputer 50. Thereby, you may make it judge the state of a battery cell. If the signal from the protection IC 2b disappears again after charging, it can be determined that the battery is overcharged and charging can be stopped.
２は電池パック、２ａは電池セル、２ｂは保護ＩＣ、２ｃはスイッチ制御手段、２ｄは遮断手段、２ｅは寄生ダイオード、５０は制御手段（マイコン）、６０は充電電流制御回路、７０は充電電流設定回路、９０は電池電圧検出回路、である。 2 is a battery pack, 2a is a battery cell, 2b is a protection IC, 2c is a switch control means, 2d is a cutoff means, 2e is a parasitic diode, 50 is a control means (microcomputer), 60 is a charging current control circuit, and 70 is a charging current. A setting circuit 90 is a battery voltage detection circuit.
Claims (11)
前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、
前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、
前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする充電装置。 An overdischarge detection unit that detects an overdischarge state of the secondary battery, and the current path of the secondary battery is cut off when the overdischarge detection unit detects that the voltage of the secondary battery is equal to or lower than a first predetermined value. A charging device for charging a battery pack comprising a blocking unit,
A charging current control unit for controlling the charging current of the battery pack;
A battery voltage detector for detecting the battery voltage of the battery pack,
Charging is performed with a first predetermined current set by the charging current control unit, and charging is stopped when the battery voltage detected by the battery voltage detection unit is equal to or smaller than a second predetermined value that is smaller than the first predetermined value. A charging device characterized by that.
前記第一の所定電流は前記ダイオードを介して流れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の充電装置。 The battery pack includes a diode provided in parallel with the blocking unit,
The charging device according to claim 1, wherein the first predetermined current flows through the diode.
前記第二の所定電流は前記遮断部を介して流れることを特徴とする請求項４記載の充電装置。 The blocking unit is in a conductive state when the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value,
The charging device according to claim 4, wherein the second predetermined current flows through the blocking portion.
前記電池パックは、
前記二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、
該過放電検出部において前記二次電池の電圧が第一の所定値以下と検出した場合に前記二次電池の電流経路を遮断する遮断部と、を備え、
前記充電装置は、
前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、
前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、
前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値以下である場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする充電システム。 A charging system comprising a battery pack comprising a secondary battery and a charging device for charging the battery pack,
The battery pack is
An overdischarge detector for detecting an overdischarge state of the secondary battery;
A shut-off unit that shuts off a current path of the secondary battery when the over-discharge detection unit detects that the voltage of the secondary battery is equal to or lower than a first predetermined value;
The charging device is:
A charging current control unit for controlling the charging current of the battery pack;
A battery voltage detector for detecting the battery voltage of the battery pack,
Charging is performed with a first predetermined current set by the charging current control unit, and charging is stopped when the battery voltage detected by the battery voltage detection unit is equal to or smaller than a second predetermined value that is smaller than the first predetermined value. A charging system characterized by doing so.
前記第一の所定電流は前記ダイオードを介して流れることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の充電システム。 The battery pack includes a diode provided in parallel with the blocking means,
The charging system according to any one of claims 6 to 8, wherein the first predetermined current flows through the diode.
前記第二の所定電流は前記遮断部を介して流れることを特徴とする請求項９記載の充電システム。 The blocking unit is in a conductive state when the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value,
The charging system according to claim 9, wherein the second predetermined current flows through the blocking unit.
前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、
前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、
前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で初期充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記電池パックの放電を停止する第一の所定値より低い第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする充電装置。 A charging device for charging a battery pack including a secondary battery,
A charging current control unit for controlling the charging current of the battery pack;
A battery voltage detector for detecting the battery voltage of the battery pack,
Initial charging is performed with a first predetermined current set by the charging current control unit, and a battery voltage detected by the battery voltage detection unit is equal to or lower than a second predetermined value lower than a first predetermined value at which discharging of the battery pack is stopped. A charging device characterized in that the charging is stopped in the case of.
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|---|---|---|---|---|
| JP2016119741A (en) * | 2014-12-18 | 2016-06-30 | 三洋電機株式会社 | Battery system for vehicle |
| JP2019506830A (en) * | 2016-01-29 | 2019-03-07 | トヨタ・モーター・ヨーロッパＴｏｙｏｔａ Ｍｏｔｏｒ Ｅｕｒｏｐｅ | Control device for storage battery discharge and method for discharging storage battery |
| CN110212602A (en) * | 2019-05-28 | 2019-09-06 | 纳恩博（常州）科技有限公司 | A kind of charge control method and device, computer storage medium |
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- 2012-01-30 JP JP2012016568A patent/JP2013158142A/en active Pending
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