JP2015154661A - 異種類電池共用充電装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パッケージ等に種類識別スイッチや、識別端子や凹凸やメモリ等を設けることなく、また、電池に対して劣化を伴う過充電又は過電圧印加を行うことなく、電池の種類を簡易な手法で判別し、電池の種類に応じた適正な充電を可能にする。【解決手段】充電開始前に所定の微少電流を電池２１に給電し、微少電流の給電後、電池２１に充電電流を給電する電源ユニット１１と、電池２１の端子電圧を検知する電圧センサ１５と、微少電流を給電したとき、電圧センサ１５で検知される電池２１の端子電圧を取得し、該電池２１の端子電圧から当該電池２１の種類を判別する電池判別部１２１と、判別部１２１により判別した電池２１の種類に応じた充電設定を行う充電設定部１２２と、充電設定部２２で設定された充電設定に従って、電源ユニット１１による充電電流の供給を制御する充電制御部１２３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、鉛電池やリチウムイオン電池等のような種類の異なる電池に対して充電を行うことができる異種類電池共用充電装置及び方法に関する。

鉛電池とリチウムイオン電池とでは、充電電圧、充電電流、充電時間、満充電判定工程等の充電工程の設定が互いに異なり、誤って他の電池に対する充電設定で充電を行うと、適正な充電が行えないばかりでなく、電池の劣化を速め、また、鉛電池の充電設定でリチウムイオンの充電を行ったりすると、異常発熱等を引起す場合がある。

そこで、充電に先立って充電装置に電池の種類をスイッチ等で指定しておき、該指定に基づいて充電設定を切換え、種類の異なる電池に対応した充電を行う充電装置が提案されている。また、電池パッケージ等に電池の種類を表す識別端子を設けておき、該識別端子により電池の種類、容量等を識別する充電装置も提案されている。

また、電池パッケージに電池の種類に応じた凹凸を設け、該凹凸の有無を検出して電池の種類を判別する充電装置も提案されている。また、電池の種類や充電電流、充電電圧、充電時間、満充電判定工程等の情報を、電池パッケージ内のメモリに記憶させておき、充電時に該情報を読み取り、該情報に従って充電を行う充電装置等も提案されている。

また、下記の特許文献１には、電池を定電圧に充電し、該定電圧に到達後の充電電流により電池の直列個数、電池の種類、容量、充電量等の属性を判定する手法について記載されている。

また、下記の特許文献２には、電池に充電を行い、この際の電池電圧、充電電流、電池温度等の電池情報を取得し、該取得した電池情報と記憶手段に記憶された電池情報との一致判定に基づいて充電制御を行う手法について記載されている。

また、下記の特許文献３には、所定の条件で電池電圧及び電池電圧変化値を検知し、検知した電池電圧及び電池電圧変化値に基づいて電池容量を算出し、算出した電池容量に応じた充電設定で電池を充電する手法について記載されている。

特開平１０−１０６６３１号公報 特開平８−１９１８７号公報 特開平１１−３５５９６９号公報

異種類の電池を充電する際の電池の種類を判別する手法として、電池の種類をスイッチ等により人手で設定する手法では、スイッチ等を誤設定するおそれがあり、安全性の面で十分ではない。また、電池パッケージに設けた識別端子や凹凸により電池の種類を判別する手法は、識別端子やその識別端子を認識する付属回路等を設ける必要があるためコストが上昇する。

また、電池パッケージ内のメモリの情報に基づいて電池の種類を判別する手法では、メモリや通信手段等を設ける必要があるためコストが上昇する。また、上述のような識別端子、凹凸、メモリ等による判別手法では、これら識別端子等が設けられていない電池に対してはその種類を判別することができない。

また、電池に一定時間充電を行った後に充電を一旦停止し、充電停止後の電圧の変化等により電池の種類を判別する手法では、一定時間の充電中に電池の電圧が適正範囲を超えて過剰な電圧となり、電池を劣化させるおそれがある。

上記課題に鑑み、本発明は、電池の種類について人為的な誤設定による判別誤りを生じることがなく、また、電池パッケージ等に識別端子や凹凸やメモリ等を設けることなく、また、電池に対して劣化を伴う過充電又は過電圧印加を行うことなく、電池の種類を簡易な手法で判別し、電池の種類に応じた適正な充電設定で充電を行うことができる異種類電池共用充電装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの形態に係る異種類電池共用充電装置は、充電開始前に所定の微少電流を電池に給電し、前記微少電流の給電後、前記電池に充電電流を給電する電源ユニットと、前記電池の端子電圧を検知する電圧センサと、前記微少電流を給電したとき、前記電圧センサで検知される前記電池の端子電圧を取得し、該電池の端子電圧から当該電池の種類を判別する電池判別手段と、前記判別手段により判別した電池の種類に応じた充電設定を行う充電設定手段と、前記設定手段で設定された充電設定に従って、前記電源ユニットによる充電電流の供給を制御する充電制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、好ましくは、前記所定の微少電流として、前記電圧センサの出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器の分解能以上の出力電圧が得られる電流としたことを特徴とする。

本発明によれば、異種類電池共用充電装置が、充電前に電池に微少電流を給電し、該微少電流給電時の該電池の端子電圧を検知し、該端子電圧を基に電池の種類を判別することにより、電池の種類について人為的な誤設定による判別誤りを生じることがなく、また、電池パッケージ等に識別端子や凹凸やメモリ等を設けることなく、低コストの簡素な構成で電池の種類を判別することができ、また、電池に対して劣化を引起す過充電又は過電圧印加を行うことなく、電池の種類を簡易な手法で判別し、電池の種類に応じた適正な充電設定で充電を行うことができる。

本実施形態の異種類電池共用充電装置の構成例を示す図である。 本実施形態の異種類電池共用充電装置の動作フローを示す図である。 リチウムイオン電池と鉛電池の種類の判別とその後の充電動作の例を示す図である。

本発明の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の異種類電池共用充電装置の構成例を示す。該異種類電池共用充電装置１０は、電力線１４及びコネクタ２２を介して電池パック２０の電池２１と接続される。

異種類電池共用充電装置１０は、電源ユニット１１、制御ユニット１２、制御線１３、電力線１４、電圧センサ１５、及び電流センサ１６を備える。電源ユニット１１は、電力線１４を介して、充電開始前に所定の微少電流を電池パック２０の電池２１に給電し、該微少電流の給電後、該電池２１を利用可能にするための充電電流を給電する。

制御ユニット１２は、電池パック２０の電池２１の端子電圧を検知する電圧センサ１５、及び該電池２１への充電流を検知する電流センサ１６の検知出力を入力し、該電圧センサ１５及び電流センサ１６の検知出力を基に、制御線１３を介して電源ユニット１１の充電動作を制御する。

制御ユニット１２は、コネクタ２２により接続された電池パック２０の電池２１の種類を判別する電池判別部１２１と、判別した電池２１の種類に応じた充電設定を行う充電設定部１２２と、該充電設定に従って、電源ユニット１１の充電動作を制御する充電制御部１２３とを備える。

本実施形態の異種類電池共用充電装置１０の動作について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態の異種類電池共用充電装置１０の動作フローを示す。図３は、一例として、リチウムイオン電池と鉛電池との種類の判別と、その後の充電動作の例を示す。

図３の（ａ）は、リチウムイオン電池又は鉛電池の電池２１がコネクタ２２を介して異種類電池共用充電装置１０に接続された後、該電池２１に給電する電流の波形を示し、図３の(ｂ)は、そのときの電圧の波形を示している。

図３の（ａ）に示すように、電池２１が異種類電池共用充電装置１０に接続された時点ｔ０から、電池２１への充電を開始する時点ｔ１の前に、電池２１に異種類電池共用充電装置１０から微少電流Ｉｂを給電する（図２のステップＳ２１）。図３（ａ）の電流波形３０は、鉛電池又はリチウムイオン電池に給電する微少電流Ｉｂを表している。

鉛電池の内部抵抗は、約１００ｍΩ以上であるのに対して、リチウムイオン電池の内部抵抗は、１０ｍΩ以下であり、鉛電池とリチウムイオン電池とでは電池内部抵抗が大幅に異なる。ここで、鉛電池の内部抵抗が約１００ｍΩ、リチウムイオン電池の内部抵抗が１０ｍΩであるとすると、微少電流Ｉｂ（Ａ）をそれらの電池２１に給電したとき、図３の（ｂ）に示すように、鉛電池の電圧は、１００・Ｉｂ（ｍＶ）上昇するのに対して、リチウムイオン電池の電圧は、１０・Ｉｂ（ｍＶ）しか上昇しない。

即ち、リチウムイオン電池及び鉛電池の端子電圧が、充電前に例えば４８Ｖであったとすると、微少電流Ｉｂの給電により、リチウムイオン電池の端子電圧は、４８Ｖに１０・Ｉｂ（ｍＶ）を加えた電圧と成るのに対して、鉛電池の端子電圧は、４８Ｖに１００・Ｉｂ（ｍＶ）を加えた電圧と成る。

そこで、鉛電池の上昇電圧１００・Ｉｂ（ｍＶ）と、リチウムイオン電池の上昇電圧１０・Ｉｂ（ｍＶ）との中間近辺の電圧に４８Ｖを加えた電圧を、判別閾値Ｖｔｈとして設定しておく。

そして、微少電流Ｉｂを給電したときの電池２１の端子電圧を電圧センサ１５により検知し（ステップＳ２２）、電池判別部１２１で、該端子電圧を判別閾値Ｖｔｈと比較し、該端子電圧が判別閾値Ｖｔｈを超えていれば鉛電池と判定し、判別閾値Ｖｔｈ未満であれば、リチウムイオン電池と判定することにより、電池２１の種類を判別する（ステップＳ２３）。

電池２１の種類を判別するための電池電圧検知期間（時点ｔ０から時点ｔ１までの期間）は、微少電流Ｉｂの給電時の電池内部抵抗による電圧上昇分を検知するだけでよいので、瞬時の期間でよい。

また、電池２１の種類を判別するための微少電流Ｉｂは、電池２１の端子電圧を検出する電圧センサ１５の出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（図示省略）の分解能以上の出力電圧が得られる電流であればよい。

また、微少電流Ｉｂは、電池２１の満充電容量に対する残容量の比率である充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）又は残容量若しくは充電容量に、実用上、実質的な影響を及ぼす変化を与えない範囲の微弱電流とし、該微少電流Ｉｂを瞬時、電池２１に給電すればよい。

従って、該微少電流Ｉｂを給電することによって、電池２１に対して劣化を引起す過充電又は過電圧印加を行うことなく、また、電池２１の充電率（ＳＯＣ）等に、実用上、実質的な変化を与えることなく、電池２１の種類を判別することができる。

電池２１の種類の判別の後、該判別の結果に基づいて、電池２１の種類に応じた最適の充電電圧、充電電流、満充電判定工程、定電流充電又は定電圧充電等の充電工程を、充電設定部１２２により、予め記憶装置に記憶された情報に従って設定する（ステップＳ２４）。

充電制御部１２３は、充電設定部１２２により設定された充電工程の設定に従って、電源ユニット１１による電池２１への充電電流の給電を、制御線１３を介して制御する（ステップＳ２５）。

一例として、図３の（ａ）に示すように、電池２１の種類判別期間の終了後（時点ｔ１以降）、リチウムイオン電池に対しては、例えば１Ｃの充電電流３１を給電して充電し、鉛電池に対しては、例えば０．５Ｃの充電電流３２を給電して充電するように制御する。なお、「１Ｃ」は、電池２１の定格電池容量を１時間で充電する電流である。また、「０．５Ｃ」は、その半分の電流であり、定格電池容量まで充電するのに２時間掛かる電流である。

該充電電流３１又は３２の給電に伴って、図３の（ｂ）に示すように、リチウム電池の電圧３３又は鉛電池の電圧３４は上昇する。充電制御部１２３は、電池２１の種類に応じた設定による工程で満充電を判定し、電池２１が満充電になると、電源ユニット１１による電池２１への給電を停止するよう制御し、充電動作を終了する。

以上、説明したように、本発明の異種類電池共用充電装置１０は、充電前に電池２１に微少電流を瞬時的に給電して、電池２１の端子電圧を検知し、該端子電圧を基に電池の種類を判別するため、電池２１に対して劣化を引起す過充電又は過電圧印加を行うことなく、電池２１の種類を簡素な構成及び簡易な手法で判別し、電池２１の種類に応じた適正な充電設定で充電を行うことができる。

図３の説明では、鉛電池とリチウムイオン電池との判別について説明したが、鉛電池とリチウムイオン電池との判別に限らず、ニッケル水素電池等、他の種類の電池との判別に対しても適用可能である。その場合、複数種類の電池に応じた複数の判別閾値Ｖｔｈにより複数の電圧範囲を設定しておき、電池２１の端子電圧が、該複数の電圧範囲の何れの電圧範囲に入るかを判定することにより、電池の種類を判定すればよい。

なお、電池２１と異種類電池共用充電装置１０とを接続するコネクタ（プラグ）を、種類の異なる電池に対して共通化することができるため、コネクタ（プラグ）を電池の種類毎に異なる形状にし、該形状を識別する構成を設ける必要がないので、その分、さらに低コスト化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。

１０ 異種類電池共用充電装置
１１ 電源ユニット
１２ 制御ユニット
１２１ 電池判別部
１２２ 充電設定部
１２３ 充電制御部
１３ 制御線
１４ 電力線
１５ 電圧センサ
１６ 電流センサ
２０ 電池パック
２１ 電池
２２ コネクタ

Claims (4)

1. 充電開始前に所定の微少電流を電池に給電し、前記微少電流の給電後、前記電池に充電電流を給電する電源ユニットと、
   前記電池の端子電圧を検知する電圧センサと、
   前記微少電流を給電したとき、前記電圧センサで検知される前記電池の端子電圧を取得し、該電池の端子電圧から当該電池の種類を判別する電池判別手段と、
   前記判別手段により判別した電池の種類に応じた充電設定を行う充電設定手段と、
   前記設定手段で設定された充電設定に従って、前記電源ユニットによる充電電流の供給を制御する充電制御手段と、
   を備えたことを特徴とする異種類電池共用充電装置。
2. 前記所定の微少電流として、前記電圧センサの出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器の分解能以上の出力電圧が得られる電流としたことを特徴とする請求項１に記載の異種類電池共用充電装置。
3. 電源ユニットから充電開始前に所定の微少電流を電池に給電し、該電池の端子電圧を検知するステップと、
   前記電池の端子電圧を判別閾値と比較し、該比較の結果から前記電池の種類を判別するステップと、
   前記判別した電池の種類に応じた充電設定を行うステップと、
   前記充電設定に従って、前記電源ユニットによる充電電流の供給を制御するステップと、
   を含むことを特徴とする異種類電池共用充電方法。
4. 前記所定の微少電流として、前記電池の端子電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器の分解能以上の出力電圧が得られる電流としたことを特徴とする請求項３に記載の異種類電池共用充電方法。

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