JP2015029389A - Battery pack, electric power tool, and charger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コードレス電動工具等の電源として用いられる二次電池を充電する充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device for charging a secondary battery used as a power source for a cordless electric tool or the like.
従来、コードレス電動工具用の二次電池としてリチウムイオン電池が用いられている。特許文献1に記載のリチウムイオン電池を充電する方法では、充電電圧値を設定し、リチウムイオン電池が充電電圧値に達したら、充電電流を低下するように充電を行っている。
Conventionally, lithium ion batteries have been used as secondary batteries for cordless power tools. In the method of charging a lithium ion battery described in
ところで、リチウムイオン電池は、複数の電池セルを直列に接続している。電池セルが所定の電圧値以下の過放電になると当該電池セルは劣化してしまう。一旦電池セルが劣化してしまうと、当該電池セルは、再度所定の電圧値以下になったときに加速度的に劣化してしまう。しかしながら、リチウムイオン電池全体でみるとこのように劣化が進んだ電池セルが存在する一方で、それほど劣化が進行していない電池セルも存在する。 By the way, the lithium ion battery has a plurality of battery cells connected in series. When the battery cell is overdischarged below a predetermined voltage value, the battery cell is deteriorated. Once the battery cell is deteriorated, the battery cell is accelerated and deteriorated when the battery cell again becomes a predetermined voltage value or less. However, when the entire lithium ion battery is viewed, there are battery cells that have deteriorated in this way, while there are battery cells that have not progressed so much.
また、電池セルが所定の電圧値以上の過充電になっても当該電池セルは劣化してしまう。近年、リチウムイオン電池の高容量化が進んでいるが、高容量化したリチウムイオン電池ほど寿命が短い(早く劣化してしまい、過充電になってしまう)。 Moreover, even if the battery cell is overcharged with a predetermined voltage value or more, the battery cell is deteriorated. In recent years, the capacity of lithium ion batteries has been increased, but the life of lithium ion batteries with higher capacity is shorter (deteriorates quickly and overcharges).
上記のように、リチウムイオン電池の各電池セルは、充放電を繰り返すことでも劣化するが、劣化の度合いは、セル毎にばらついている。また、劣化が進んだ電池セルほど過放電、過充電にもなりやすい。 As described above, each battery cell of the lithium ion battery is deteriorated by repeated charging and discharging, but the degree of deterioration varies from cell to cell. In addition, battery cells that have deteriorated more easily become overdischarged and overcharged.
図15は従来の電池の充電回数(サイクル数、横軸)と放電容量(縦軸)との関係を示したグラフである。サイクル数C1の充電において、初めて特定の1つの電池セルに過充電が検出されると、その時点で充電が停止する。ところが、このように特定の電池セルが劣化し(劣化度合いが大きい)、過充電が検出されても、電池セルの劣化にはばらつきがあるため、残りの電池セルは劣化度合いが小さいということが起こりうる。しかしながら、1つの電池セルが過充電になった時点で充電を止める必要があるため、劣化度合いが小さい電池セルがあったとしても、それらの電池セルにそれ以上の充電を行うことができない。そのため、サイクル数C1を境に二次電池全体の放電容量は著しく減少してしまうという問題があった。 FIG. 15 is a graph showing the relationship between the number of times of charging (cycle number, horizontal axis) and discharge capacity (vertical axis) of a conventional battery. When overcharge is detected in one specific battery cell for the first time in the charge of the number of cycles C1, the charge stops at that time. However, even if a specific battery cell deteriorates in this way (the degree of deterioration is large) and overcharge is detected, the deterioration of the battery cells varies, so the remaining battery cells have a low degree of deterioration. It can happen. However, since it is necessary to stop charging when one battery cell is overcharged, even if there is a battery cell with a small degree of deterioration, it is not possible to charge the battery cell any further. Therefore, there is a problem that the discharge capacity of the entire secondary battery is remarkably reduced with the cycle number C1 as a boundary.
かかる実情に鑑み、本発明は、放電時に二次電池の放電容量が低下することを抑制する電池パックを提供しようとするものである。 In view of this situation, the present invention intends to provide a battery pack that suppresses a decrease in discharge capacity of a secondary battery during discharge.
本発明は複数の電池セルからなる二次電池と、複数の電池セルの履歴に関する履歴情報を保存する保存手段と、前記履歴情報に基づいて、過放電閾値を設定する設定手段と、を有し、前記設定手段は、前記複数の電池セルの何れかの電池セルの電圧が過去に前記過放電閾値まで低下したことがある場合には、前記過放電閾値を低下したことがない場合の第1の閾値より大きい第2の閾値に設定することを特徴とする充電装置を提供する。 The present invention has a secondary battery composed of a plurality of battery cells, storage means for storing history information relating to the history of the plurality of battery cells, and setting means for setting an overdischarge threshold based on the history information. The setting means is a first in the case where the voltage of any one of the plurality of battery cells has decreased to the overdischarge threshold in the past, and has not decreased the overdischarge threshold. A charging device is provided that is set to a second threshold value that is greater than the threshold value.
このような充電装置によれば、二次電池の劣化に応じて適切な二次電池の充電を行うことができる。これにより、二次電池のさらなる劣化を抑制することができる。 According to such a charging device, it is possible to appropriately charge the secondary battery according to the deterioration of the secondary battery. Thereby, the further deterioration of a secondary battery can be suppressed.
前記設定手段は、前記電池セルが過去に過放電状態となっていても、前記二次電池が放電を開始してから所定の期間が経過するまで、前記過放電閾値を前記第1の閾値に設定することが好ましい。 The setting means sets the overdischarge threshold to the first threshold until a predetermined period elapses after the secondary battery starts discharging even if the battery cell has been overdischarged in the past. It is preferable to set.
前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段を有し、前記電圧検出手段は、前記二次電池が放電を開始してから所定の期間が経過するまで、前記二次電池の電圧を検出しないことが好ましい。 Voltage detection means for detecting the voltage of the secondary battery is provided, and the voltage detection means does not detect the voltage of the secondary battery until a predetermined period elapses after the secondary battery starts discharging. It is preferable.
前記履歴情報は、前記複数の電池セルの少なくとも1つの電池セルの電圧が前記過放電閾値以下になったか否かを示す過放電情報を含むことが好ましい。 The history information preferably includes overdischarge information indicating whether a voltage of at least one battery cell of the plurality of battery cells is equal to or lower than the overdischarge threshold.
前記充電条件は、前記二次電池が目標電圧に達するまでに前記二次電池に供給する電流の電流値を含み、前記充電制御手段は、前記二次電池が前記充電目標電圧に達するまで前記電流値で充電することが好ましい。 The charging condition includes a current value of a current supplied to the secondary battery until the secondary battery reaches a target voltage, and the charging control unit is configured to supply the current until the secondary battery reaches the charging target voltage. It is preferable to charge by value.
前記履歴情報は、電池セルが過放電状態になった回数を示す過放電回数を含み、前記設定手段は、前記過放電回数が所定数未満のときに、前記過放電閾値を第1の閾値に設定し、前記過放電回数が所定数以上のときに、前記過放電閾値を第1の閾値より大きい第2の閾値に設定することが好ましい。 The history information includes an overdischarge number indicating the number of times that the battery cell has become an overdischarge state, and the setting means sets the overdischarge threshold as the first threshold when the overdischarge number is less than a predetermined number. Preferably, the overdischarge threshold is set to a second threshold greater than the first threshold when the number of overdischarges is equal to or greater than a predetermined number.
前記設定手段は、前記過放電回数が所定数以上であっても、前記二次電池が放電を開始してから所定の期間が経過していないときには、前記過放電閾値を第1の閾値に設定することが好ましい。 The setting means sets the overdischarge threshold as a first threshold when a predetermined period has not elapsed since the secondary battery started discharging even if the number of overdischarges is a predetermined number or more. It is preferable to do.
また、本発明は、上記いずれかに記載の電池パックが着脱可能であり、前記電池パックから電力供給されるモータと、前記モータの回転を制御するスイッチング素子と、を有することを特徴とする電動工具を提供する。 According to another aspect of the present invention, the battery pack according to any one of the above is detachable, and includes a motor supplied with power from the battery pack, and a switching element that controls rotation of the motor. Provide tools.
前記電池パックは、前記電池セルが過放電になった場合に放電を停止する放電禁止手段を有し、前記スイッチング素子は、前記放電禁止手段からの出力によって遮断されることが好ましい。 Preferably, the battery pack includes a discharge prohibiting unit that stops discharging when the battery cell is overdischarged, and the switching element is blocked by an output from the discharge prohibiting unit.
また、本発明は、上記いずれかに記載の電池パックを充電する充電装置であって、前記二次電池の履歴に関する履歴情報を取得する情報取得手段と、前記履歴情報に基づいて充電条件を設定する設定手段と、前記充電条件に基づいて前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、前記設定手段は、前記複数の電池セルの何れかの電池セルの電圧が過去に前記過放電閾値まで低下したことがある場合には、充電電圧及充電電流の少なくとも一方を、前記過放電閾値まで低下したことがない場合よりも小さく設定することを特徴とする充電装置を提供する。 Further, the present invention is a charging device for charging the battery pack according to any one of the above, wherein information acquisition means for acquiring history information relating to the history of the secondary battery, and charging conditions are set based on the history information Setting means for charging, and charging control means for charging the secondary battery based on the charging condition, wherein the setting means has a voltage of any one of the plurality of battery cells in the past. In the case where the discharge threshold has been lowered, at least one of the charging voltage and the charging current is set smaller than that in the case where the discharge voltage has not been lowered to the overdischarge threshold.
本発明の充電装置によれば、二次電池の劣化に応じて適切な二次電池の充電を行うことができる。これにより、二次電池のさらなる劣化を抑制することができる。 According to the charging device of the present invention, it is possible to appropriately charge the secondary battery according to the deterioration of the secondary battery. Thereby, the further deterioration of a secondary battery can be suppressed.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態にかかる充電装置1と、充電装置1に装着された電池パック2について添付図面を参照しながら説明する。図1は、充電装置1に電池パック2が装着された状態の回路図を示したものである。電池パック2は図示せぬコードレス工具の電源として用いられるものである。
(First embodiment)
Hereinafter, a
最初に、充電対象の電池パック2について説明する。図1に示すように、電池パック2は、複数の電池セル2a(本実施の形態では、一例として10セル)を直列に接続してなる電池組と、保護IC2b、電源回路2cと、メモリ2eと、マイコン2dと、通信端子2fと、工具用端子2iと、シャント抵抗2gと、電流検出回路2hとを備えている。充電対象となる電池セル種別は、特に限定されるものではなく、任意の二次電池が対象となるが、本実施の形態では、リチウムイオン電池を内蔵した電池パック2を例として説明する。保護IC2bは、個々の電池セル2aの電圧を監視し、その中の一つでも過充電や過放電により、通常状態ではない状態になることを防止するためのものであり、この場合に異常信号をマイコン2dに出力する。マイコン2dは、これらの信号を受け取った時に、充電装置1のマイコン50に対して、充電を停止する指示を行う充電停止信号を通信端子2fを介して送出する。
First, the
電源回路2cは、複数の電池セル2aの電圧を変圧して、その電力をマイコン2dに供給する。
The
メモリ2eは、複数の電池セル2aのうち、過去に過充電状態になったことがあることを示す過充電情報や、過去に過充電状態になった過充電セル数を示す過充電セル数情報を記憶している。初期(劣化電池を充電していない状態)においては過充電情報はなく、過充電セル数は0であり、充電を繰り返すことによりいずれかのセルが過充電になった場合には、マイコン2dは過充電情報(過充電になったことを示す情報)を記憶、或いは過充電セル数を加算する。
The memory 2e has overcharge information indicating that the
また、メモリ2eは、電池セル2aごとに当該電池セル2aが過去に過放電状態になった過放電回数を示す過放電情報を記憶する。初期においては過放電回数は0であり、放電時にいずれかのセルが過放電になった場合には、マイコン2dは過放電回数を加算する。
Moreover, the memory 2e memorize | stores the overdischarge information which shows the overdischarge frequency | count that the said
尚、本発明の履歴情報は、充電、および、放電における電池セル2aの状態に関する情報であり、本実施の形態では、過充電情報、または、過放電情報に対応する。
The history information of the present invention is information relating to the state of the
メモリ2eは、さらに、電池セル2aの定格電圧、定格容量、直列に接続されている電池セル2aの数を電池種情報として保存している。なお、これらの電池種情報はメモリ2eではなくマイコン2dに内蔵されているROMに記憶してもよい。
The memory 2e further stores the rated voltage, the rated capacity, and the number of
電流検出回路2hはシャント抵抗2gの電圧降下から電流値を検出し、その検出信号をマイコン2dへ入力する。
The
電池パック2は、充電装置1に設けられている充電用のプラス端子とマイナス端子とに対応した端子を有し、電池パック2を充電装置1に装着すると、これら対応する端子同士が接続される。
The
次に充電装置1について説明する。充電装置1は、電源部と、マイコン50と、マイコン50の入力ポートに接続された各種検出部と、マイコン50の出力ポートに接続された被制御部等により構成されている。
Next, the charging
電源部は、充電電力を供給するためのメイン電源と、マイコン50等に駆動電圧を供給するための補助電源とからなる。メイン電源は、電池パック2を充電するための電源であって、第1整流平滑回路10と、スイッチング回路20と、第2整流平滑回路30とにより構成されている。
The power supply unit includes a main power supply for supplying charging power and an auxiliary power supply for supplying a drive voltage to the
第1整流平滑回路10は、全波整流回路11と平滑用コンデンサ12から構成され、交流電源205から供給される交流電圧を全波整流回路11で全波整流し、平滑用コンデンサ12で平滑して直流電圧を出力する。交流電源205は、商用電源等の外部電源である。
The first rectifying / smoothing
スイッチング回路20は、第1整流平滑回路10の出力側に接続されており、高周波トランス21と、MOSFET22と、PWM制御IC23とから構成されている。PWM制御IC23は、MOSFET22の駆動パルス幅を変え、当該駆動パルス幅に応じてMOSFET22はスイッチングを行い、第1整流平滑回路10からの直流出力をパルス列波形の電圧とする。パルス列波形の電圧は高周波トランス21の一次側巻線に印加され、高周波トランス21により昇圧(若しくは降圧)され第2整流平滑回路30に出力される。
The switching
第2整流平滑回路30は、ダイオード31と、平滑コンデンサ32と、放電用抵抗33とから構成され、高周波トランス21の2次側から得られる出力電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成し、当該直流電圧を充電装置1のプラス端子とマイナス端子から出力するように構成されている。
The second rectifying / smoothing
補助電源40は、第1整流平滑回路10とスイッチング回路20に接続されて給電され、マイコン50や後述するオペアンプ61,65等の各種回路へ安定化した基準電圧Vccを供給するための定電圧電源回路である。補助電源40は、トランス41a、41b、スイッチング素子42、制御素子43、整流ダイオード44、3端子レギュレータ46、発振防止用コンデンサ45,47、リセットIC48等から構成されている。なお、リセットIC48は、マイコン50に対してリセット信号を出力し、マイコン50をリセットするICである。
The auxiliary power supply 40 is connected to the first rectifying / smoothing
整流平滑回路6は、補助電源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41aの二次コイル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 rectifying / smoothing circuit 6 is a rectifying / smoothing circuit that is connected to the auxiliary power supply 40, the switching
マイコン50は、第1出力ポート51aと、第2出力ポート51bと、A/D入力ポート52と、情報ポート53と、リセットポート54等から構成されている。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第1出力ポート51aと第2出力ポート51bから各種被制御部等に出力して、充電装置1の動作を制御している。
The
第2出力ポート51bは複数のポートを有し、その1つが充電電流設定回路70に接続されている。
The
充電電流設定回路70は、基準電圧Vccとアース間に接続された抵抗71、72、73、74とから構成されており、充電電流を所定の電流値に設定するための回路である。抵抗71と抵抗72の接続点が充電電流制御回路60を構成するオペアンプ66の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗73、74の一端が、出力ポート51bの対応するポートに個別に接続されている。抵抗73、74の他端は、抵抗71、72の接続点に接続されている。
The charging
本実施の形態では、充電電流設定回路70は、充電の際の設定電流として3種類の電流値I1、I2、I3を選択的に設定している。ここで、I1,I2,I3はI1>I2>I3の関係を満たしている。具体的には、出力ポート51bのうち抵抗73、74にそれぞれ接続されるポートからは信号を出力せず、基準電圧Vccを抵抗71と抵抗72とによって分圧した値が設定電流を電流値I1として設定する際の基準値となる。尚、本実施の形態では、充電電流値I1は一例として7.5Aである。
In the present embodiment, the charging
また、第2出力ポート51bのうち抵抗73に接続されるポートがロー信号を出力し、第2出力ポート51bのうち抵抗74に接続されるポートが信号を出力しないことにより、抵抗71と、及び、抵抗72、73の合成抵抗とにより基準電圧Vccを分圧した値が設定電流を電流値I2として設定する際の基準値となる。充電電流I2は、充電電流I1より小さく、本実施の形態では、一例として5Aである。
Further, the port connected to the
また、第2出力ポート51bのうち抵抗73に接続されるポートからは出力せず、抵抗74に接続されるポートがロー信号を出力することにより、基準電圧Vccを抵抗71と、及び、抵抗72、74の合成抵抗とによって分圧した値が設定電流を電流値I3として設定する際の基準値となる。充電電流I3は、充電電流I2より小さく、本実施の形態では、一例として3.5Aである。
Further, the
尚、電流値I1、I2、I3は、電池パック2の種類(定格電圧すなわちセル数、容量、セルの並列数等)によって異なる値が設定されてもよい。即ち、電池パック2の種類が異なれば、電流値I1、I2、I3の組み合わせも異なるようにしてもよい。例えば、電池パック2の電池セル2aの接続形態、具体的には、複数の電池セル2aを直列接続した第1の接続形態と、複数の電池セル2aを直列接続し、その直列接続したセル組を並列に接続した第2の接続形態と、電池セル2aを並列に接続(2つの電池セルを並列に接続)し、そのセル組を複数直列に接続した第3の接続形態に応じて、電流値を変更してもよい。第2及び第3の接続形態の場合は第1の接続形態の電流値の2倍とする。この場合でも、電池パック2の種類(電池電圧、容量)を情報ポート54で読み込み、その情報に応じて抵抗73、74に接続されるポートの出力を変更すればよい。
The current values I1, I2, and I3 may be set to different values depending on the type of the battery pack 2 (rated voltage, that is, the number of cells, the capacity, the number of parallel cells, etc.). That is, if the type of the
上述のように、充電電流制御回路60は、充電電流設定回路70に接続され、充電電流設定回路70による設定に基づき充電電流を制御する。充電電流制御回路60は、オペアンプ61,65と、抵抗62,63,64,66,67と、ダイオード68とから構成されている。尚、A/D入力ポート52は複数のポートを有し、その1つがオペアンプ61の出力側に接続されている。
As described above, the charging
電流検出抵抗203は、第2整流平滑回路30と充電電圧制御回路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。
The
マイコン50のA/D入力ポート52は複数のポートを有し、それぞれが充電電流制御回路60と、電池電圧検出回路90とに接続されている。
The A /
電池電圧検出回路90は、抵抗91,92から構成され、電池パック2が充電装置1に装着された状態において、電池組のプラス端子に接続される。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の1つに電池電圧情報として入力される。尚、電池パック2に電力を供給していない場合には、電池パック2の電圧を示す情報が、電池電圧検出回路90を介してA/D入力ポート52の1つに電池電圧情報として入力される。
The battery
マイコン50の第1出力ポート51aは複数のポートを有し、それぞれが充電制御信号伝達部4と、表示部130に接続されている。マイコン50の第2出力ポート51bには、充電電圧制御回路100と充電電流設定回路70が接続されている。リセットポート54には、補助電源回路40が接続されている。情報ポート53は、通信端子2fと接続される。
The
充電制御信号伝達部4は、スイッチング回路20とマイコン50等に接続され、PWM制御回路23のオン・オフを制御する信号を伝達するフォトカプラと、フォトカプラを構成する発光素子側に接続され、発光素子のオン・オフを制御するFET4aからなる。ここで、第1出力ポート51aは複数のポートを有し、その1つがFET4aのゲートに接続されている。出力ポート51aのうちFET4aに接続されるポートがハイ信号を出力すると、FET4aがオンし、充電制御信号伝達部4のフォトカプラがオンする。これによりPWM制御回路23が起動して充電が開始される。また、出力ポート51aのうちFET4aに接続されるポートがロー信号を出力すると、FET4aがオフし、充電制御信号伝達部4のフォトカプラがオフする。これによりPWM制御回路23が停止し、充電が停止(終了)する。
The charging control signal transmission unit 4 is connected to the switching
充電電流信号伝達部5はフォトカプラ等からなり、充電電圧制御回路100及び充電電流制御回路60における充電電圧及び充電電流の信号をPWM制御IC23に帰還する。
The charging current
表示部130は、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。第1出力ポート51aのうち抵抗132に接続されるポートがハイ信号を出力すると、LED131は赤に点灯し、第1出力ポート51aのうち抵抗133に接続されるポートがハイ信号を出力すると、LED131は緑に点灯し、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。本実施の形態では、マイコン50は、電池パック2の未接続や充電待機時等充電を行う前の状態ではLED131の赤を点灯させ、充電中にはLED131の2灯同時点灯により橙に点灯させ、充電終了後にはLED131の緑を点灯させる。
The
充電電圧制御回路100は、第2整流平滑回路30に接続されており、充電電圧を制御する。充電電圧制御回路100は、抵抗101,103,105,106,107,108,110,111,112,114,115,116,118,121、ポテンショメータ102、FET109,113,117,122、コンデンサ104、シャントレギュレータ120、ダイオード119等から構成される。抵抗108、112、116が、第2出力ポート51bの有する複数のポートのそれぞれに接続されている。また、FET122のゲートが対応する第2出力ポート51bの1つと接続されている。
The charging
充電電圧は、マイコン50の第2出力ポート51bからの信号によるFET109,113,117,122のオンオフの切替えによって設定される。以下では、抵抗101,121、及び、ポテンショメータ102によって決まる合成抵抗をR1とし、抵抗105,106,110,114によって決まる合成抵抗をR2として説明する。
The charging voltage is set by switching on and off the
即ち、合成抵抗R1は、FET122のオンオフによって変化する。FET122がオフの場合には、合成抵抗R1は、抵抗101とポテンショメータ102との直列抵抗である。FET122がオンの場合には、抵抗R1は、抵抗101と抵抗121との合成抵抗と、ポテンショメータ102との直列抵抗である。
That is, the combined resistance R <b> 1 changes depending on whether the
抵抗R2はFET109、113、117のオンオフによって変化し、抵抗105と、抵抗106,110,114のうち対応するFET109,113,117がオンになっている抵抗との合成抵抗である。
The resistor R2 changes depending on the on / off state of the
充電電圧は、抵抗R1に略比例して増加し、抵抗R2の逆数に略比例して増加する。本実施の形態では、マイコン50が、FET122、109、113、117のオンオフを切替えることにより充電電圧を切り替える。充電電圧は、電池パック2に印加する電圧値を示している。
The charging voltage increases substantially in proportion to the resistor R1, and increases in proportion to the reciprocal of the resistor R2. In the present embodiment, the
マイコン50は、装着されている電池パック2の種類(定格電圧、容量、電池セルの並列接続数)、および、過充電情報に基づいて充電電圧を決定する。本実施の形態では、電池パック2の種類毎に、まず、電池パック2の充電電圧(言い換えると、1つの電池セル2a当たりの充電電圧(以下電池セル充電電圧とする))が設定される。ここで、電池セル充電電圧は電池パック2の充電電圧を直列接続されたセル数で除算した値である。具体的には、電池セル充電電圧として、3つの電圧値V1、V2、V3の何れかが設定される。ここで、同一種類の電池セル2aでは、電圧値V1,V2,V3は、それぞれ一定の電圧値であり、V1>V2>V3の関係を有している。電圧値V1は、電池セル2aの定格電圧(充電電圧)が設定される。電池セル2aの定格電圧が4.2Vのときに、例えば、V1は4.2V,V2は4.1V、V3は3.9Vである。電池パック2の電圧においてはV1は4.2V×セル数、V2は4.1V×セル数、V3は3.9V×セル数となる。
The
また、電池パック2の種類が異なれば、電池セル充電電圧V1,V2,V3の組み合わせも異なる。但し、各電池パック2の組み合わせにおいて、V1,V2,V3は、V1>V2>V3の関係を有している。ここで、電池パックの種類とは、過去に過充電状態になったことがある電池セルを含む電池パックと、当該電池セルを含まない電池パックと、を含む。図2に示すテーブルのように、前述の充電電流I1,I2,I3の値と共に、電池パック2の種類ごとに、電池セル充電電圧V1、V2、V3は、電池パック2のマイコン2dからの通信情報によって充電装置1のマイコン50により選択され、マイコン50は、充電電流及び充電電圧がこの選択された値となるように充電電流制御回路60及び充電電圧制御回路100を制御する。後述のように、本実施の形態では、過充電になった電池セル2a(劣化セル)があるか否か、或いは、当該劣化セルの数に応じて、電池セル充電電圧と充電電流とが設定されるため、図2のテーブルでは、劣化セルの有無と、劣化セル数と、電池セル充電電圧と充電電流とが関連付けて保存されている。尚、図2では1つの電池パック2のテーブルのみ保存しているが実際にはこのようなテーブルを電池パック2の種類に応じて複数保存しておけばよい。この場合には、前述のように、充電電流I1,I2,I3も電池パック2の種類ごとに変更するようにしてもよい。尚、テーブルはマイコン50内の図示せぬROMに格納されている。
Further, if the type of the
あるいは、電池パック2の電池セル2aの定格電圧に応じた電池セル充電電圧V1、V2、V3としてもよい。例えば、電池セル2aが定格4.2V系電池(第1電池セル)、定格4.35V系電池(第2電池セル)を含む場合、第1電池セルの場合にはV1を4.2V、V2を4.1V、V3を3.9Vとし、第2電池セルの場合にはV1を4.35V、V2を4.2V、V3を4.0Vとすればよい。このように充電電圧を3種類に変更する場合には、図1に示すように、抵抗121とFET122と並列に抵抗123とFET124を設けることで3つの充電電圧V1〜V3を切り替えることができる。
Or it is good also as battery cell charging voltage V1, V2, V3 according to the rated voltage of the
次に、マイコン50は、電池パック2に印加する充電電圧(以下電池パック充電電圧)を設定する。電池パック充電電圧を直列に接続されている電池セル2aの数(本実施の形態では10)で除算することで電池セル充電電圧(V1、V2、V3の何れか)を設定する。具体的には、充電電圧制御回路100のFET122、109、113、117のオンオフを切替えて電池パック2に印加する電圧が電池パック充電電圧になるように設定する。具体的には充電電圧をV1に設定する場合、電池セル数が4セル(4.2V×4セル)ならFET109、113、117を全てオフする。電池セル数が5セルの場合にはFET109をオン、FET113、117をオフする。同様に7セルの場合にはFET113をオン、FET109、117をオフする。10セルの場合にはFET117をオン、FET109、113をオフする。また、充電電圧V2、V3を設定する場合には、図16において、上記FET109、113、117は上記と同じ状態とし、充電電圧V2であればFET122をオン、FET124をオフ、充電電圧V3であればFET124をオン、FET122をオフすればよい。すなわち、劣化していない(劣化度合いが小さい)場合はV1(電池パックの充電電圧としては4.2V×セル数)、劣化度合いが中の場合はV2(同様に4.1V×セル数)、劣化度合いが大きい場合はV3(3.9V×セル数)に設定する。
Next, the
図3を参照して、充電装置1が行う電池パック2の充電処理について説明する。ステップ201では、マイコン50は、LED131の表示を制御する。即ち、電池パック2が充電装置1に装着されていない場合には充電前表示としてLED131の赤を点灯させる。
With reference to FIG. 3, the charging process of the
ステップ202では、マイコン50は、電池パック2が充電装置1に装着されているか否かを判断する。即ち、マイコン2dからの所定の情報を情報ポート53を介して受信したときに、電池パック2が装着されたと判断し、情報ポート53が信号を受信していないときには、マイコン2dは電池パック2が装着されていないと判断する。或いは、電池電圧検出回路90からA/Dポート52に入力される信号に変化があった場合に電池パック2が装着されたと判断する。
In
ステップ203では、マイコン50は、情報ポート53を介してマイコン2dから電池種情報を受信する。詳細には、まず、マイコン2dは、メモリ2eから電池種情報を読み出し、マイコン50に送信する。マイコン50は、この電池種情報を情報ポート53を介して受信し、装着されている電池パック2の種類(定格電圧すなわちセル数、容量等)を判別する。
In
ステップ205では、マイコン50は、マイコン2dから情報ポート53を介して電池パック2の充電履歴(過去に過充電になったか否かの情報、過充電セル数情報)を受信する。すなわち、前回の充電時において、電池パック2の充電が少なくとも1つの電池セル2aが過充電状態になったことで充電を終了したか否かの情報を、電池パック2のメモリ2eから受信する。
In
マイコン2dは、メモリ2eから過充電セル数情報を読み出し、マイコン50に送信する。
The
以下ステップ206からステップ212において、電池セル充電電圧と、電池パック充電電圧と、充電電流とが設定される。電池セル充電電圧が設定されると、マイコン50は、その設定値を情報ポート53を介してマイコン2dに送信する。また、上述のように、電池パック充電電圧の設定は、上記したようにFET122、107、113、117のオンオフを切替えることにより行い、充電電流の設定は、第2出力ポート51bのうち、抵抗73、74に接続されたポートの出力を変更することによって行う。
Thereafter, in
ステップ206において、マイコン50は、過去に過充電になった電池セルが存在するか否か、言い換えれば、過充電セル数が0以外か、0であるかを判定する。
In
ステップ206で否定判定(過充電セル数が0)された場合には(ステップ206:NO)、ステップ207においてマイコン50は、図2のテーブルに基づき電池パック充電電圧から電池セル充電電圧(電池パック充電電圧をセル数で除算した電圧)を劣化度合いが小さい場合のV1として算出し、設定する。ステップ208では、マイコン50は、図2のテーブルに基づき充電電流を電流値I1に設定する。
If a negative determination is made in step 206 (the number of overcharged cells is 0) (step 206: NO), in
ステップ206bでは、マイコン50はステップ205で受信した過充電状態の電池セル数が所定の数以上か否かを判定する。なお、セル数ではなく過充電になった回数であってもよい。
In
ステップ206bで否定判定された場合には(ステップ206b:NO)、ステップ209において、マイコン50は、図2のテーブルに基づき電池パック充電電圧から電池セル充電電圧を劣化度合いが中程度の場合のV2として算出、設定する。ステップ210において、マイコン50は、図2のテーブルに基づき充電電流を電流値I2に設定する。
If a negative determination is made in
ステップ206bで肯定判定された場合には(ステップ206b:YES)、ステップ211において、マイコン50は、図2のテーブルに基づき電池パック充電電圧から電池セル充電電圧を劣化度合いが大きい場合のV3として算出、設定する。ステップ210において、マイコン50は、図2のテーブルに基づき充電電流を電流値I3に設定する。
If an affirmative determination is made in
ステップ213において、マイコン50は、充電制御信号伝達部4のフォトカプラを介してPWM制御IC23を制御して、充電を開始させる。尚、充電は定電圧定電流制御によって行われる。即ち、設定された充電電流で充電が行われ、電池セル2aの少なくとも1つの電圧が充電電圧に達したときに、充電電流を徐々に低下させることで電池セル2acの電圧が電池セル充電電圧に維持される。
In
ステップ214において、マイコン50はLED131を充電中を示す橙色に点灯させる。ステップ215において、マイコン50は、充電中に複数の電池セル2aのうち少なくとも1つの電池セル2aで過充電が検出されていないかを判定する。即ち、電池パック2において、保護IC2bがいずれかの電池セル2aが過充電になったことを検知すると、マイコン2dに過充電検知信号を送信する。マイコン2dは過充電検知信号を受信すると、マイコン50に充電停止信号を送出する。マイコン50は、充電停止信号を受信した場合には、少なくとも1つの電池セル2aが過充電であると判断する(ステップ215:YES)。また、同時に過充電になった電池セル2aが存在した場合には、マイコン2dは同時に過充電になった電池セル2aの数もマイコン50に送信してもよい。次に、ステップ217において、マイコン50は、マイコン2dにメモリ2eの過充電情報を更新し、今回検出した過充電状態になった電池セルの数だけ過充電セル数、或いは過充電回数を加算するように指示する。尚、マイコン50がマイコン2dに指示を送らなくても、マイコン2dが過充電検知信号を受信すると、マイコン2dは自動的に、過充電情報を更新するようにしてもよい。
In
ステップ215において否定判定された場合には(ステップ215:NO)、ステップ216において満充電を検出したか否かが判定される。具体的には、マイコン50は、電池電圧検出回路90を介して、電池パック2の電圧を検出し、当該電圧が電池パック充電電圧(ステップ207、209、211で設定した電池セル電圧)に達したと判断し、その後、電流検出回路203の検出した電流値(充電電流制御回路60のオペアンプ61の出力)が所定の値まで降下したと判断した場合に、満充電であると判定する。ステップ216で否定判定された場合には(ステップ216:NO)、ステップ215に戻る。
If a negative determination is made in step 215 (step 215: NO), it is determined in
ステップ216で肯定判定された場合(ステップ216:YES)、または、ステップ217の実行後に、ステップ218において、マイコン50は、充電制御信号伝達部4のフォトカプラを介してPWM制御IC23を制御して、電池パック2への電力の供給を遮断させることで充電を終了する。
When an affirmative determination is made in step 216 (step 216: YES), or after execution of
ステップ219において、マイコン50はLED131を緑色に点灯させ、充電が終了したことを報知する。ステップ220において、マイコン50は電池パック2が充電装置1から外されたか否かを判定する。電池パック2が充電装置1から外されている場合には(ステップ220:YES)、ステップ201に戻り、ステップ220を繰り返すことで待機状態になり、電池パックが充電装置から外されていない場合には(ステップ220:NO)、ステップ220を繰り返すことで待機状態になる。
In
図4−6は、上記の充電処理を実行することにより、それぞれ、充電電圧がV1、V2、V3に設定され、満充電まで充電された場合の電池セル2aの電圧(縦軸)と時間(横軸)との関係、および、充電電流(縦軸)と時間(横軸)との関係を示している。図4−6に示すように、設定された各充電電流(I1〜I3)において、充電を行い、電池セル2aの電圧が充電電圧(V1、V2、V3)に達したら、電池セル2aの充電電圧が維持されるように充電電流を連続的に減少させ、所定の電流値まで減少したら充電を終了している。
FIG. 4-6 shows the voltage (vertical axis) and time (time) of the
図7は充電電圧V1、充電電流の電流値をI1に設定したときに1つのセルで過充電が検出された場合を示している。点線で示した電圧値が、劣化の進んだ電池セル2aを示し、実線で示した電圧値は劣化していない電池セルを示す。劣化の進んだ電池セル2aは内部抵抗が高いため、電圧値の上昇が、それ以外の電池セル2aより早くなる。充電を続けると、劣化の進んでいる電池セル2aの電圧は、急激に上昇し充電電圧V1を超えてしまい、充電電圧V1より高い過電圧値に達し、過充電状態と判断され充電が終了する。電池セル2aは直列に接続されているため、この場合には、劣化していない電池セル2aの充電も終了してしまう。一方、図5,6に示すように、過去に過充電状態となった電池セルを含む電池パック2を充電する場合には充電電圧、充電電流を小さくしているため、劣化セルの電圧値(点線)が過電圧値(>定電圧値)に達することがなくなり、充電途中で充電が停止することなく、最後(満充電)まで充電を継続することができる。
FIG. 7 shows a case where overcharge is detected in one cell when the charging voltage V1 and the current value of the charging current are set to I1. The voltage value indicated by the dotted line indicates the
図8は、本実施の形態による充電処理を繰り返した場合の、放電容量(縦軸)とサイクル数(充電回数)との関係を示したグラフである。図8に示されるように、サイクル数C1において、初めて過充電が検出されても、図7で示したように、例え、劣化していない電池セル2aが存在しても、その時点で充電が終了してしまい、放電容量がサイクル数C1において著しく減少する、ということがなく、サイクル寿命を向上することができる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the discharge capacity (vertical axis) and the number of cycles (number of times of charging) when the charging process according to the present embodiment is repeated. As shown in FIG. 8, even if overcharge is detected for the first time in the number of cycles C1, even if there is an
本実施の形態によれば、次回の充電では図5に示すように電池セル充電電圧V2、充電電流I2で充電を行う。即ち、前回よりも低い電池セル充電電圧および充電電流で時間をかけて充電が行われるため、前回過充電と判定された電池セル2aも過充電と判定されることがない。そのため、放電容量がサイクル数C1の時点より大きくなるように充電することが可能になる。
According to the present embodiment, the next charging is performed with the battery cell charging voltage V2 and the charging current I2 as shown in FIG. That is, since charging is performed over time at a battery cell charging voltage and charging current lower than the previous time, the
図5の方法で充電を繰り返すと、電池セル2aが劣化していき、電池セル2aが過充電状態として判定されるようになることが考えられる。このような電池セル2aの数が所定回数計上されると、電池セル充電電圧をV3、充電電流をI3と設定して図6に示すような充電を行う。或いは劣化セルと判別されたセル数にかかわらず、図5の方法(充電電圧V2、充電電流I2)で過充電状態と判定された場合に図6に示す設定値(充電電圧V3、充電電流I3)で充電を行うようにしてもよい。
When charging is repeated by the method of FIG. 5, it is conceivable that the
上述のように電池セル2aの何れかが過充電状態(セル電圧が過電圧値に到達)と認識された場合に充電が終了してしまうが、図6の充電方法に切り替えることにより、図5の方法で充電を続けた場合よりも、電池パック2の放電容量(サイクル数)を増やすことが可能になる。すなわち、過去の充電で一回でも過充電状態になった場合には、浅い充電とすることにより電池セル2aの劣化を抑制することができる。
As described above, when any of the
上記の充電方法に対して、以下のような変形を行ってもよい。例えば、電池セル充電電圧は、3種類(V1、V2、V3)から設定されたが、3種類には限定されず、複数種類のうちから設定されていればよい。 The following modifications may be made to the above charging method. For example, the battery cell charging voltage is set from three types (V1, V2, V3), but is not limited to three types, and may be set from a plurality of types.
充電電流も3種類(I1、I2、I3)から設定されたが、複数種類のうちから設定されていればよい。 The charging current is also set from three types (I1, I2, and I3), but may be set from a plurality of types.
また、上記の実施の形態では、電池セル充電電圧(電池パック充電電圧)と、充電電流との両方が、過充電セル情報に基づいて設定、変更されていたが、片方のみが過充電セル情報によって設定、変更可能であり、残る一方は過充電セル情報によらず固定値を用いるようにしてもよい。 In the above embodiment, both the battery cell charging voltage (battery pack charging voltage) and the charging current are set and changed based on the overcharged cell information, but only one of them is overcharged cell information. Can be set and changed, and the remaining one may use a fixed value regardless of the overcharged cell information.
また、ステップ206の判定および、ステップ206bの判定によって、電池セル充電電圧と、充電電流とが決定された。即ち、電池セル充電電圧と、充電電流とは、同じ過充電セル数の範囲を基準に設定された。しかしながら、電池セル充電電圧と、充電電流とが異なる基準で決定されてもよい。例えば、過充電セル数が第1の所定値未満であるときに電池セル充電電圧をV1に設定し、第1の所定値以上第2の所定値未満であるときに電池セル充電電圧をV2に設定し、第2の所定値以上であるときにV3に設定する。一方で、過充電セル数が第1の所定値とは異なる第3の所定値未満であるときに充電電流I1に設定し、第3の所定値以上であり第2の所定値とは異なる第4の所定値未満の時に充電電流I2に設定し、第4の所定値以上のときに充電電流I3に設定するようにしてもよい。
Further, the battery cell charging voltage and the charging current were determined by the determination in
ステップ206において、1つでも過去の充電時に過充電状態になった電池セルが存在すれば、電池セル充電電圧をV1以外の値(V2またはV3)に設定していたが、複数の電池セルが過充電状態になった段階で電池セル充電電圧をV1以外の値に設定するようにしてもよい。
In
過充電セル数情報は、単に過充電になった電池セル2aの数を記憶するのでなく、電池セル2aごとに、過充電になった回数を記憶しておいてもよい。この場合には、ステップ206、206bでは、電池セルごとの、過充電になった回数に基づいた判定を行ってもよい。例えば、各電池セル2aの過充電になった回数を合計し、その合計値が閾値以上か否かを判断するようにしてもよいし、各電池セル2aのうち、過充電になった回数の最大値と閾値とを比較するようにしてもよい。この場合には、ステップ217では、ステップ215において過充電になった電池セル2aを特定し、当該電池セル2aの過充電になった回数を更新する。
The overcharged cell number information may store the number of overcharges for each
次に、電池パック2の放電時の処理を説明する。図9は、電池パック2が電動工具200に装着されたときの回路図である。電動工具200は、モータ201と、メインスイッチ202と、FET204と、接続端子203とを備えている。作業者が、メインスイッチ202をオンしたときに電池パック2から供給される電力によってモータ201は回転する。
Next, processing during discharging of the
マイコン2dが放電停止信号を工具用端子2iから出力したときに、電動工具200は、接続端子203から当該放電停止信号を受信する。放電受信信号によってFET204はオフされる。これにより、電池パック2からの電力供給線が遮断され、モータ201の回転が停止する。
When the
図10、11を参照して、放電時の電池セル2aの電圧と時間の関係について説明する。図10は、電池セル2aが劣化していない状態での放電時の様子を示している。放電を開始すると電池セル2aの電圧は徐々に低下していき、閾値aに達したときにマイコン2dは、放電停止信号を出力する。これにより電池パック2の放電は停止する。
With reference to FIGS. 10 and 11, the relationship between the voltage of
図11は電池セル2aが劣化しているときの放電時の様子を示したグラフである。劣化の進んだ電池セル2aの電圧を点線で示し、劣化の進んでいない電池セル2aの電圧を実線で示す。電池パック2の充放電を繰り返すと電池セル2aは劣化していく。電池セル2aが劣化した状態で、閾値aまでの放電を継続すると、その劣化の進行をさらに加速してしまう。そのため、本実施の形態では、図11に示すように、電池セル2aが劣化したと判断したとき、すなわち、過去の放電時に1回でも過放電状態になった場合には閾値をaより大きいbに変更する。このようにすることで、劣化が進んだ電池セル2aの放電を無理のない範囲に留めることができ、さらなる電池の劣化を抑制することができる。
FIG. 11 is a graph showing a state during discharging when the
図12を参照して、上記の放電時のマイコン2dの処理を説明する。以下の説明では、図9に示されるように電池パック2が電動工具200に装着されている場合について説明する。ステップ401においてマイコン2dは電池セル2aの放電が開始されたか否かを判定する。作業者が電動工具202のスイッチをオンすると電池パック2から電力が供給される。このとき、マイコン2dは、電流検出回路2hからの検出信号によって放電が開始されたと判定する。
With reference to FIG. 12, the processing of the
ステップ402において、マイコン2dは、過放電閾値として電圧値a(閾値a)を選設定する。過放電閾値は、電池セル2aの電圧の下限値を示す値であり、後述のように、マイコン2dは複数の電池セル2aの少なくとも1つが過放電閾値に達したと判定したときに、放電停止信号を送出する。
In
ステップ403において、マイコン2dはメモリ2eより過放電セル情報を受け取り、何れかの電池セル2aの過放電回数が所定値以上であるかを判定する。すなわち、過去の放電時に過放電状態となったか否かを判断する。ステップ403で否定判定された場合には(ステップ403:NO)、ステップ408に移行する。
In
ステップ403で肯定判定された場合には(ステップ403:YES)、ステップ404において、マイコン2dは放電開始時点から所定時間が経過したかを判定する。ステップ404において肯定判定された場合には(ステップ404:YES)、ステップ407において、過放電閾値をaからbに変更する。ここで、図11において、放電開始時の閾値はaで、所定時間経過後に閾値をbに変更している。放電開始時(モータ起動時)に大きな起動電流が流れることになり、この起動電流(過電流)により電池パック2の電圧が著しく低下する。この電圧低下が放電閾値に達して放電が停止しないように、放電開始から所定時間の間は閾値を小さな値としている。なお、別の方法として、閾値をbとし、放電開始から所定時間の間は電池電圧の検出を行わない(閾値以下に低下しても放電を継続する)ようにしてもよい。
If an affirmative determination is made in step 403 (step 403: YES), in
ステップ408において、マイコン2dは放電状態を検知しているかを電流検出回路2hからの検出信号に基づいて判定する。ステップ408において肯定判定された場合には(ステップ408:YES)、ステップ409において、少なくとも1つのセルが過放電閾値に達しているかを判定する。尚、ステップ409の判定では、ステップ407が実行された場合には過放電閾値としてbが用いられ、ステップ407が実行されていない場合には過放電閾値としてaが用いられる。具体的には、各電池セル2aの電圧値を保護IC2bで検出し、マイコン2dはその検出電圧が、設定された過放電閾値に基づき、電池セル2aの電圧値が過放電閾値以下になっているかを判断する。マイコン2dは、電池セル2aの電圧値が過放電閾値以下になっていると判断したときには、少なくとも1つの電池セル2aが過放電であると判定する。
In
ステップ404で否定判定された場合には(ステップ404:NO)、ステップ405において、依然として放電状態を検知しているかを電流検出回路2hからの検出信号に基づいて判定する。ステップ405で否定判定された場合には(ステップ405:NO)、ステップ401に戻る。ステップ405において肯定判定された場合には(ステップ405:YES)、ステップ406において、少なくとも1つの電池セルが過放電閾値aに達しているかを判定する。
If a negative determination is made in step 404 (step 404: NO), it is determined in
ステップ406において、肯定判定された場合、または、ステップ409で肯定判定された場合には、ステップ410に移行し、マイコン2dは放電停止信号を出力し、電動工具200のFET204をオフさせる。即ち、所定期間が経過していない間は、ステップ406において、過放電閾値aを用いて判定が行われる。
If an affirmative determination is made in
ステップ411において、ステップ406、または、ステップ409で過放電閾値より電圧値が低いと特定された電池セル2aの過放電回数を加算(過放電情報を更新)して、ステップ401に戻る。尚、電池セル2aは特定せず、電池パック2としての過放電回数のみを更新してもよい。
In
上記の放電時の処理では、特定の電池セル2aが過放電状態に所定値以上なったことがある場合(ステップ403:YES)には、その電池セル2aは劣化が進んでいると考えられるため、このため、ステップ407では、過放電閾値を高く設定することで、劣化の進んだ電池セル2aが電圧値b未満になることを防ぐようにし、電池セル2aのさらなる劣化を抑制することができる。すなわち、放電電圧閾値を浅くすることで電池セル2aのさらなる劣化を抑制している。ただし、過放電閾値は所定時間が経過するまで(S404:YESとなるまで)は閾値bに設定されない。これは、例えば、電動工具200が寒冷な環境で使用される場合など、放電開始時に電池セル2aの温度が低下していると、内部抵抗が大きくなり過電流が流れてしまう。過電流により電池パック2の電圧が急激に低下してしまい、電池セル2aの電圧が電圧値bまで低下する場合が考えられるためである。本実施の形態では、放電期間が所定時間経過するまでは過放電閾値をaに維持して、過放電の判定を行っている(ステップ406)。電圧の急激な低下はモータ起動時に生じるため、放電期間が所定時間継続された後に初めてステップ407において過放電閾値がbに変更されるため、電池セル2aの温度の低下或いはモータ201の起動に伴う電圧の低下を過放電と判断してしまうことを避けることができる。
In the processing at the time of discharging, when a
上述のように、マイコン2dは、充電中の過充電時に保護IC2bからの信号を受信し、過充電である旨を充電装置1に送信する。或いは、放電中の過放電時に保護IC2bからの信号を受信し、過放電である旨を充電装置1に送信する。そして、充電装置1或いは電動工具200はその信号に基づいて充電停止動作或いは放電停止動作を行う。また、マイコン2dは充電中、放電中の過充電頻度、過放電頻度をメモリ2eに記憶する。そして、次の充電時に過充電頻度に応じて充電制御を変更する。或いは、マイコン2dは充電開始前に放電中の過放電頻度を充電装置1に送信し、その信号に基づいて充電装置1は最適な充電制御を行う。
As described above, the
図13は、本実施の形態による放電時の処理を実行した場合の電池パック2の放電容量(縦軸)とサイクル数と(横軸)の関係を示したグラフである。点線で示したグラフが本実施の形態による放電時の処理を実行した場合の放電容量の推移を示し、実線は過放電閾値を変化させない従来の放電時の処理による放電容量の推移を示す。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the discharge capacity (vertical axis), the number of cycles, and (horizontal axis) of the
サイクル数C2までは、過放電閾値がaに設定されているため、従来の処理も、本実施の形態の処理も同じように、サイクル数の増加とともに放電容量は低下していく。しかしながら、従来の処理では過放電閾値がaに維持されているため、サイクル数が増加するほど加速度的に電池セル2aの劣化が進んでしまう。これは、電池セル2aは、その放電容量が低下するほど、電圧値の低下による劣化が激しくなるからである。一方で、本実施の形態では、サイクル数C2から過放電閾値がbに変更される。そのため、劣化が進んだ電池セル2aは、電圧値b以下に放電されることを防ぐことができ、電池セル2aは緩やかに劣化していく。そのため、電池パック2全体として大きい放電容量を長期間維持することができる(サイクル数を向上することができる)。
Since the overdischarge threshold is set to a up to the number of cycles C2, the discharge capacity decreases as the number of cycles increases in the same manner as in the conventional process and the process of the present embodiment. However, since the overdischarge threshold is maintained at “a” in the conventional process, the deterioration of the
尚、上記の実施の形態では、電池セル2aの過放電を判断する指標として電池セル2aごとに過放電回数を用いていたが、電池セル2aの過放電を判断する指標は過放電回数に限定されない。例えば、何れかの電池セル2aが一回でも過放電になったら、次回の放電時の過放電閾値を大きくしてもよい。この場合、ステップ403において、過去に過放電状態となったことがある場合にステップ404に進むようにすればよい。また、メモリ2eに、電池セル2aの過放電回数を全ての電池セル2aで合計した合計過放電回数を過充電情報として記憶しておき、電池セル2aの劣化の進み具合を判断する指標としてもよい。この場合には、ステップ402、407において、合計過放電回数に対応する閾値を設定し、ステップ406、409において、合計過放電回数が設定された閾値以下であるかを判定する。
In the above embodiment, the overdischarge count is used for each
あるいは、過放電回数のみならず、過充電セル数を考慮して過放電閾値をaからbに変更するようにしてもよい。あるいは、過放電セル数を用いず過充電回数のみに基づいて過放電閾値を変更するようにしてもよい。 Alternatively, the overdischarge threshold may be changed from a to b in consideration of not only the number of overdischarges but also the number of overcharged cells. Alternatively, the overdischarge threshold may be changed based only on the number of overcharges without using the number of overdischarge cells.
また、過放電閾値はaとbとの2段階に設定されるが、複数段階に設定されれば、2段階であることに限定されない。
(第2の実施の形態)
Further, the overdischarge threshold is set in two stages of a and b, but is not limited to two stages as long as it is set in a plurality of stages.
(Second Embodiment)
第2の実施の形態の充電装置1の充電処理について、図14のフローチャートを参照して説明する。尚、第2の実施の形態の装置構成は第1の実施の形態と同じである。
The charging process of the
ステップ301−303は、第1の実施の形態の充電処理におけるステップ201−203(図3)と同じである。ステップ305において、マイコン50は過放電情報を受信する。ステップ306において、マイコン50は、過放電情報に基づき、少なくとも1つの電池セル2aの過放電回数が所定値以上であるかを判定する。尚、ここでの所定値は、図12のステップ403における所定値と同じであるが、ステップ403の所定値と同じでなくともよい。
Steps 301-303 are the same as steps 201-203 (FIG. 3) in the charging process of the first embodiment. In
ステップ306において否定判断されたときには(ステップ306:NO)、ステップ307に移行し、ステップ306において肯定判断されたときには(ステップ306:YES)、ステップ309に移行する。ステップ307、308、309、310、311、312、313、314−317は、それぞれ、図2のステップ207、208、209、210、213、214、215、216−220と同じである。但し、ステップ313(ステップ215に対応)において、肯定判定された場合にはステップ217を行わずにステップ315に移行する。
When a negative determination is made at step 306 (step 306: NO), the routine proceeds to step 307, and when an affirmative determination is made at step 306 (step 306: YES), the routine proceeds to step 309.
第2の実施の形態の充電処理によれば、過放電状態が所定の回数検出されたか否かに応じて電池セル充電電圧、電池パック充電電圧、充電電流を設定している。即ち、過放電状態が検出された回数を電池セル2aの劣化を示す指標とし、電池セル2aの劣化が進んでいる場合には充電電圧、充電電流を低く設定し、電池セル2aへ与える負荷を減らすことで、電池セル2aの劣化を抑制すると共に、劣化していない電池セル2aへ十分な充電を行うことが可能になる。
According to the charging process of the second embodiment, the battery cell charging voltage, the battery pack charging voltage, and the charging current are set according to whether or not the overdischarge state has been detected a predetermined number of times. That is, the number of times the overdischarge state is detected is used as an index indicating the deterioration of the
尚、第2の実施の形態では、充電電圧をV1、V2の2種類から選択し、充電電流もI1、I2の2種類から選択していたが、選択する充電電圧、および、充電電流の種類は複数種類であれば2種類でなくともよい。例えば、過放電回数が第1の値未満であれば、充電電圧V1、充電電流I1を設定し、過放電回数が第1の値以上、第2の値未満であれば、充電電圧V2、充電電流I2を設定し、過放電回数が第2の値以上であれば、充電電圧V3、充電電流I3を設定するようにしてもよい。 In the second embodiment, the charging voltage is selected from two types of V1 and V2, and the charging current is also selected from two types of I1 and I2. However, the charging voltage to be selected and the type of charging current are selected. As long as there are a plurality of types, the number does not have to be two. For example, if the number of overdischarges is less than a first value, the charging voltage V1 and the charging current I1 are set. If the number of overdischarges is greater than or equal to the first value and less than the second value, the charge voltage V2 and the charge If the current I2 is set and the number of overdischarges is equal to or greater than the second value, the charging voltage V3 and the charging current I3 may be set.
第1の実施の形態では、充電電圧、充電電流を過充電情報に基づいて決定していた。一方、第2の実施の形態では、充電電圧、充電電流を過放電情報に基づいて決定していた。しかしながら、充電電圧、充電電流は、電池セル2aの劣化の程度を判断できる情報であればこれらに限定されない。例えば、過充電情報、および、過放電情報との両方を考慮して電池セル2aの劣化の程度を判断してもよい。
In the first embodiment, the charging voltage and the charging current are determined based on the overcharge information. On the other hand, in the second embodiment, the charging voltage and the charging current are determined based on the overdischarge information. However, the charging voltage and the charging current are not limited to these as long as the information can determine the degree of deterioration of the
1 充電装置
2 電池パック
50 マイコン
2f マイコン
2e メモリ
2a 電池セル
DESCRIPTION OF
Claims (9)
複数の電池セルの履歴に関する履歴情報を保存する保存手段と、
前記履歴情報に基づいて、過放電閾値を設定する設定手段と、を有し、
前記設定手段は、前記複数の電池セルの何れかの電池セルの電圧が過去に前記過放電閾値まで低下したことがある場合には、前記過放電閾値を低下したことがない場合の第1の閾値より大きい第2の閾値に設定することを特徴とする電池パック。 A secondary battery comprising a plurality of battery cells;
Storage means for storing history information regarding the history of a plurality of battery cells;
Setting means for setting an overdischarge threshold based on the history information,
When the voltage of any one of the plurality of battery cells has been lowered to the overdischarge threshold in the past, the setting means is a first when the overdischarge threshold has not been lowered. A battery pack that is set to a second threshold value that is greater than the threshold value.
前記電圧検出手段は、前記二次電池が放電を開始してから所定の期間が経過するまで、前記二次電池の電圧を検出しないことを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 Voltage detecting means for detecting the voltage of the secondary battery;
2. The battery pack according to claim 1, wherein the voltage detection unit does not detect the voltage of the secondary battery until a predetermined period elapses after the secondary battery starts discharging.
前記設定手段は、前記過放電回数が所定数未満のときに、前記過放電閾値を第1の閾値に設定し、前記過放電回数が所定数以上のときに、前記過放電閾値を第1の閾値より大きい第2の閾値に設定することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 The history information includes the number of overdischarges indicating the number of times that the battery cell has become overdischarged,
The setting means sets the overdischarge threshold to a first threshold when the number of overdischarges is less than a predetermined number, and sets the overdischarge threshold to a first when the number of overdischarges is a predetermined number or more. The battery pack according to claim 1, wherein the battery pack is set to a second threshold value greater than the threshold value.
前記電池パックから電力供給されるモータと、
前記モータの回転を制御するスイッチング素子と、を有することを特徴とする電動工具。 The battery pack according to any one of claims 1 to 6 is detachable,
A motor powered by the battery pack;
And a switching element for controlling rotation of the motor.
前記スイッチング素子は、前記放電禁止手段からの出力によって遮断されることを特徴とする請求項7に記載の電動工具。 The battery pack has discharge prohibiting means for stopping discharge when the battery cell is overdischarged,
The power tool according to claim 7, wherein the switching element is interrupted by an output from the discharge prohibiting unit.
前記二次電池の履歴に関する履歴情報を取得する情報取得手段と、
前記履歴情報に基づいて充電条件を設定する設定手段と、
前記充電条件に基づいて前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、
前記設定手段は、前記複数の電池セルの何れかの電池セルの電圧が過去に前記過放電閾値まで低下したことがある場合には、充電電圧及充電電流の少なくとも一方を、前記過放電閾値まで低下したことがない場合よりも小さく設定することを特徴とする充電装置。
A charging device for charging the battery pack according to any one of claims 1 to 6,
Information acquisition means for acquiring history information relating to the history of the secondary battery;
Setting means for setting a charging condition based on the history information;
Charging control means for charging the secondary battery based on the charging condition,
When the voltage of any one of the plurality of battery cells has dropped to the overdischarge threshold in the past, the setting means may reduce at least one of a charging voltage and a charging current to the overdischarge threshold. A charging device, characterized in that it is set smaller than a case where it has never been lowered.
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