JP2014176268A - 電池パック、充電回路、及び充電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池パックは、電池セルを有する電池ブロックと、電池ブロックの機種毎に設定されている電池ブロックの下限電圧を電池情報として記憶する記憶部とを備える。充電回路は、電池ブロックの端子間電圧Vmbを測定する電圧測定部と、制御部とを備え、制御部は、電池パックから下限電圧VLbを読み取り、端子間電圧Vmbが下限電圧VLbよりも大きいとき充電を許可し、端子間電圧Vmbが下限電圧VLb以下のとき充電を禁止する。
【選択図】図2
Description
この充電回路では、電池パックを充電するとき、電池パックへの供給電流を徐々に増大させる。そして、充電電流が予め設定された第1の閾値に達したときに、電池パックへの供給電流を一定の値に設定し、その後、電池パックの端子間電圧が予め設定された第2の閾値に達したときは、定電圧で電池パックに電流を供給する。これにより、電池パックの過充電を抑制する。
保護回路は、電池パックの端子間電圧を検出し、電池パックの端子間電圧が下限電圧以下になると、電池パックから電気機器への電力供給を遮断する。
また、前記電池パックは、前記電池パックの温度を測定する温度センサを更に備えることが好ましい。
図1を参照して、第1実施形態に係る電池パック1a及び充電装置2aについて説明する。
下限電圧VLbは、初期状態の電池パック1aにおいて、放電が許容される端子間電圧範囲の下限値(電池パック1aの温度が25℃であるときの下限値)を示す。すなわち、初期状態の電池パック1aでは、電池ブロック10の端子間電圧Vmbが下限電圧VLbに至るまでその電池パック1aの使用が可能である。なお、初期状態とは、電気機器に電池パック1aを電気機器に装着して電池パック1aを使用するといった操作を1回も行っていない状態を示す。
充電装置2aは、筐体内に充電回路21aを有する。
充電回路21aは、電圧測定部22aと、電流測定部23と、電池パック1aへの供給電力を生成する電源回路部24と、電池パック1aの充電を制御する制御部25aとを備える。
この直流は、直流配線を通じて電池パック1aに供給される。直流配線のプラス側配線26は、プラス端子28に接続されている。直流配線のマイナス側配線27は、マイナス端子29に接続されている。プラス端子28は、電池パック1aのプラス電極12に接続される端子であり、マイナス端子29は、電池パック1aのマイナス電極13に接続される端子である。
電流測定部23は、例えば、直流配線のマイナス側配線27に配置される抵抗31により構成される。この抵抗31の両端の電位差を測定することにより、充電電流Icが導出される。
制御部25aは、電池パック1aが充電装置2aに装着されたときに、「充電開始処理」を実行する。この「充電開始処理」では、充電に係る電池パック1aについて過放電していないか否かを判定して、過放電しているときは、電池パック1aの充電を禁止する処理を行う。
次に、ステップS120において、電圧測定部22aが測定する電池ブロック10の端子間電圧Vmbを取得する。
電動ドリルなどの電動工具に用いられる電池パック1aには電気的特性(例えば、下限電圧VLb)が異なる複数の機種が存在する。これら電池パック1aは、使用者の使用上の便宜を図るため、電動工具への装着については互換性がある。なお、1回の充電あたりの使用時間を長くするなどの電池セル11の改良が行われるため、新たな機種が加わる場合もある。
・「A種」の電池パック1aの下限電圧VLbは電圧VLb1に設定されている。
・「B種」の電池パック1aの下限電圧VLbは電圧VLb1よりも大きい電圧VLb2に設定されている。
・「C種」の電池パック1aの下限電圧VLbは、電圧VLb1よりも小さい電圧VLb3に設定されている。
図4に示すように、A種の電池パック1aについて過放電を判定するとき、この電池パック1aが記憶する電圧VLb1を判定基準電圧として用いる。そして、この電圧VLb1(下限電圧VLb)と電池ブロック10の端子間電圧Vmbとを比較する。
(1)本実施形態に係る電池パック1aは、この電池ブロック10の機種毎に設定されている電池ブロック10の下限電圧VLbを有する。このため、電池パック1aが過放電にあるか否かについて判定するときに、電池ブロック10の機種毎に設定されている下限電圧VLbを用いることができる。また、これにより、電池パック1aが過放電にあるか否かについての判定を正確に行うことができる。
図5を参照して、第2実施形態について説明する。
本実施形態の電池パック1b、充電回路21b、及び充電装置2bは、第1実施形態の技術に対して次の変更を加えたものである。
図6を参照して、制御部25bが実行する「充電開始処理」の処理手順を説明する。
下限電圧VLcは、初期状態の電池パック1bにおいて、放電が許容される端子間電圧範囲の下限値(電池パック1bの温度が25℃であるときの下限値)を示す。すなわち、初期状態の電池パック1bでは、電池ブロック10の端子間電圧Vmcが下限電圧VLcに至るまでその電池パック1bの使用が可能である。
次に、ステップS230において、端子間電圧Vmcのそれぞれが下限電圧VLcよりも大きいか否かについて判定する。この判定により、端子間電圧Vmcのそれぞれが下限電圧VLcよりも大きい旨が判定されるときには(YES判定)、ステップS240に移行して、充電を許容する。これにより、充電が開始する。
第1実施形態では、電池ブロック10の端子間電圧Vmbを測定し、この端子間電圧Vmbと電池ブロック10の下限電圧VLbとを比較し、電池パック1bの過放電について判定する。このような判定は、使用における内部抵抗の増大が各電池セル11について等しく生じるときには有効である。
(1)本実施形態に係る電池パック1bは、この電池セル11の機種毎に設定されている電池セル11の下限電圧VLcを記憶する記憶部14bを有する。このため、電池パック1bが過放電にあるか否かについて判定するときには、電池セル11の機種毎に設定されている下限電圧VLcを用いることができる。また、これにより、電池パック1bが過放電にあるか否かについての判定を正確に行うことができる。
図7〜図9を参照して、第3実施形態について説明する。
本実施形態の電池パック1c、充電回路21c、及び充電装置2c(図1参照)は、第1実施形態に係る技術に対して次の変更を加えたものである。
例えば、制御部25cは、電池パック1cが充電装置2cに装着されたことに基づいて記憶部14cの電池情報を読み込む。そして、充電装置2cが電池パック1cの充電を終了したとき、充電回数NCを1だけ増分し、この増分により得られた値を新たな充電回数NCとして電池パック1cの記憶部14cに記憶する。
図7のグラフは、電池パック1cの充電回数NCと、電池ブロック10の内部抵抗との関係を示す。すなわち、電池ブロック10の内部抵抗は充電回数NCの増大に従って大きくなる。内部抵抗の増大は、電池ブロック10内での電圧降下を大きくし、下限電圧VLbを大きくする。すなわち、充電回数NCの増大により、記憶部14cに記憶されている下限電圧VLbよりも実際の下限電圧VLbrが大きくなる。
本実施形態では、充電回数NCをパラメータとする補正関数(式(1))により、新たな下限電圧VLb(頻度補正下限電圧VLbc)を設定する。
(1)式に示すように、頻度補正下限電圧VLbcは、記憶部14cに記憶されている下限電圧VLbに、充電回数NCに所定係数αを乗じて得た値(α×充電回数NC)を加えることにより得られる値である。
ステップS310において、制御部25cは、電池パック1cの記憶部14cから電池ブロック10の下限電圧VLbを読み込む。
次に、ステップS330において、電池パック1cの記憶部14cから充電回数NCを読み込む。
次に、ステップS350において、端子間電圧Vmbが頻度補正下限電圧VLbcよりも大きいか否かを判定する。この判定により、端子間電圧Vmbが頻度補正下限電圧VLbcよりも大きい旨が判定されるときには(YES判定)、ステップS360に移行して、充電を許容する。これにより、充電が開始する。
第1実施形態では、電池ブロック10の端子間電圧Vmbと電池ブロック10の下限電圧VLbとを比較するものであって、充電回数NCを考慮していない。充電回数NCによる内部抵抗の増大が小さいときには、過放電の判定に影響が出ないため、問題とならない。しかし、充電回数NCの増加に伴う内部抵抗の増大が大きいときには、これを無視することができない。
(1)本実施形態に係る電池パック1cは充電回数NC及び下限電圧VLbを有する。このため、この電池パック1cによれば、電池ブロック10の機種毎に設定されている下限電圧VLbを充電回数NCに基づいて補正することが可能である。すなわち、下限電圧VLbを充電回数NCに基づいて補正することができるため、充電が行われた電池パック1cについて、その過放電に至っているか否かを正確に判定することができる。
すなわち、充電装置2cは、充電回数NCに基づいて下限電圧VLbを補正し、頻度補正下限電圧VLbcにより電池パック1cの過放電を判定する。これにより、電池パック1cについて過放電に至っているか否かを正確に判定することができる。また、これにより、過放電に至った電池パック1cの充電を抑制することができる。
図10〜図13を参照して、第4実施形態について説明する。
本実施形態の電池パック1d、充電回路21d、及び充電装置2dは、第1実施形態に係る技術に対して次の変更を加えたものである。
図11のグラフは、電池パック1dの電池温度TBと、電池ブロック10の内部抵抗との関係を示す。すなわち、電池ブロック10の内部抵抗は電池温度TBの低下に従って大きくなる。内部抵抗の増大は、電池ブロック10内での電圧降下を大きくし、下限電圧VLbを大きくする。すなわち、電池温度TBの低下により、記憶部14dに記憶されている下限電圧VLbよりも実際の下限電圧VLbrが大きくなる。
本実施形態では、電池温度TBをパラメータとする補正関数((2)式)により、新たな下限電圧VLb(温度補正下限電圧VLbt)を設定する。
(2)式に示すように、温度補正下限電圧VLbtは、記憶部14dに記憶されている下限電圧VLbから、温度差ΔT(ΔT=電池温度TB−25(℃))に所定係数βを乗じて得た値(β×ΔT)を引くことにより得られる値である。
ステップS410において、制御部25dは、電池パック1dの記憶部14dから電池ブロック10の下限電圧VLbを読み込む。
次に、ステップS430において、電池パック1dから温度信号を取得し、電池温度TBを推定する。
次に、ステップS450において、端子間電圧Vmbが温度補正下限電圧VLbtよりも大きいか否かを判定する。この判定により、端子間電圧Vmbが温度補正下限電圧VLbtよりも大きい旨が判定されるときには(YES判定)、ステップS460に移行して、充電を許容する。これにより、充電が開始する。
第1実施形態では、電池ブロック10の端子間電圧Vmbと電池ブロック10の下限電圧VLbとを比較するものであって、電池温度TBを考慮していない。電池温度TBの変化による内部抵抗の変化が小さいときには、過放電の判定に影響が出ないため、問題とならない。しかし、電池温度TBの変化に伴う内部抵抗の変化が大きいときには、これを無視することができない。
(1)本実施形態に係る電池パック1dは温度センサ15を備える。このため、この電池パック1dによれば、電池ブロック10の機種毎に設定されている下限電圧VLbを電池温度TBに基づいて補正することが可能である。すなわち、下限電圧VLbを電池温度TBに基づいて補正することができるため、周囲温度環境に関らず、電池パック1dについて、その過放電に至っているか否かを正確に判定することができる。
すなわち、充電装置2dは、電池温度TBに基づいて下限電圧VLbを補正し、温度補正下限電圧VLbtにより電池パック1dの過放電を判定する。
すなわち、電池ブロック10について過放電を判定する技術において、電池ブロック10の機種毎に設定されている電池ブロック10の下限電圧VLbを、充電回数NC及び電池温度TBにより補正し、温度頻度補正下限電圧VLbctを算出する。これにより、周囲温度環境や使用頻度に関らず、電池パック1dについて、その過放電に至っているか否かを正確に判定することができる。
すなわち、電池ブロック10について過放電を判定する技術において、電池セル11の機種毎に設定されている電池ブロック10の下限電圧VLcを、充電回数NC及び電池温度TBにより補正し、温度頻度補正下限電圧VLbctを算出する。これにより、周囲温度環境や使用頻度に関らず、電池セル11毎にその過放電に至っているか否かを正確に判定することができる。
本技術の実施形態の変形例を例示する。なお、以下に示す変形例は、それぞれを互いに組み合わせることができる。
Claims (13)
- 電池セルを有する電池ブロックと、
前記電池ブロックの機種毎に設定されている前記電池ブロックの下限電圧を電池情報として記憶する記憶部とを備える
ことを特徴とする電池パック。 - 複数個の電池セルを有する電池ブロックと、
前記電池セルの機種毎に設定されている前記電池セルの下限電圧を電池情報として記憶する記憶部とを備える
ことを特徴とする電池パック。 - 前記記憶部は充電回数を電池情報の一つとして記憶する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電池パック。 - 前記電池パックの温度を測定する温度センサを更に備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池パック。 - 請求項1に記載の電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池ブロックの端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記記憶部から前記電池ブロックの前記下限電圧を読み取り、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧と前記電池ブロックの前記下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧が前記下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧が前記下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項2に記載の電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池セルのそれぞれについて端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記記憶部から前記電池セルの前記下限電圧を読み取り、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧のそれぞれと前記電池セルの前記下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧のそれぞれが前記下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧の少なくとも一つが前記下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項3に記載されている電池パックのうち、前記電池ブロックの機種毎に設定されている前記電池ブロックの下限電圧及び前記充電回数を電池情報として記憶する電池パックについて、この電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池ブロックの端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記記憶部から前記下限電圧及び前記充電回数を読み取り、前記充電回数に基づいて前記下限電圧を補正して頻度補正下限電圧を算出し、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧と前記頻度補正下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧が前記頻度補正下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧が前記頻度補正下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項3に記載されている電池パックのうち、前記電池セルの機種毎に設定されている前記電池セルの下限電圧及び前記充電回数を電池情報として記憶する電池パックについて、この電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池セルのそれぞれについて端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記記憶部から前記下限電圧及び前記充電回数を読み取り、前記充電回数に基づいて前記下限電圧を補正して頻度補正下限電圧を算出し、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧のそれぞれと前記頻度補正下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧のそれぞれが前記頻度補正下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧の少なくとも一つが前記頻度補正下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項4に記載されている電池パックのうち、前記温度センサを有し、前記電池ブロックの機種毎に設定されている前記電池ブロックの前記下限電圧を電池情報として記憶する電池パックについて、この電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池ブロックの端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記電池パックの前記温度センサから出力される温度信号を取得して電池温度を推定し、前記記憶部から前記下限電圧を読み取り、前記電池温度に基づいて前記下限電圧を補正して温度補正下限電圧を算出し、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧と前記温度補正下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧が前記温度補正下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧が前記温度補正下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項4に記載されている電池パックのうち、前記温度センサを有し、前記電池セルの機種毎に設定されている前記電池セルの前記下限電圧を電池情報として記憶する電池パックについて、この電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池セルのそれぞれについて端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記電池パックの前記温度センサから出力される温度信号を取得して電池温度を推定し、前記記憶部から前記下限電圧を読み取り、前記電池温度に基づいて前記下限電圧を補正して温度補正下限電圧を算出し、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧のそれぞれと前記温度補正下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧のそれぞれが前記温度補正下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧の少なくとも一つが前記温度補正下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項4に記載されている電池パックのうち、前記温度センサを有し、前記電池ブロックの機種毎に設定されている前記電池ブロックの前記下限電圧及び前記充電回数を電池情報として記憶する電池パックについて、この電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池ブロックの端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記電池パックの前記温度センサから出力される温度信号を取得して電池温度を推定し、前記記憶部から前記下限電圧及び前記充電回数を読み取り、前記電池温度及び前記充電回数に基づいて前記下限電圧を補正して温度頻度補正下限電圧を算出し、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧と前記温度頻度補正下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧が前記温度頻度補正下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧が前記温度頻度補正下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項4に記載されている電池パックのうち、前記温度センサを有し、前記電池セルの機種毎に設定されている前記電池セルの前記下限電圧及び前記充電回数を電池情報として記憶する電池パックについて、この電池パックを充電する充電回路であって、
前記電池セルのそれぞれについて端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記電池パックの前記温度センサから出力される温度信号を取得して電池温度を推定し、前記記憶部から前記下限電圧及び前記充電回数を読み取り、前記電池温度及び前記充電回数に基づいて前記下限電圧を補正して温度頻度補正下限電圧を算出し、前記電圧測定部により測定された前記端子間電圧のそれぞれと前記温度頻度補正下限電圧とを比較する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記端子間電圧のそれぞれが前記温度頻度補正下限電圧よりも大きいとき、充電を許容し、
前記端子間電圧の少なくとも一つが前記温度頻度補正下限電圧以下のとき、充電を禁止する
ことを特徴とする充電回路。 - 請求項5〜12のいずれか一項に記載の充電回路を備える充電装置。
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