JP2017511108A - バッテリを充電するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

バッテリ（２）を充電するための装置及び方法を開示している。本装置は、当該装置の様々な動作状態にそれぞれ対応する様々な色の光を発するのに適している単一のＬＥＤ（４）を備えるＬＥＤ手段（４）と、当該装置又はバッテリ（２）の誤動作を示す音響信号を発するのに適している音響信号発信手段（２３）と、を備える。本方法は、バッテリ（２）を加熱し、かつ、脱硫酸化する第１のステップを備え、この第１のステップの間、バッテリ（２）は、続く定電流充電の第２のステップにおける充電電流の最大値より大幅に低い最大値を有する電流パルスを供給され、以前の電流パルスの送出の後に、バッテリ（２）により吸収された電流が所定の最小値を下回った場合に、各電流パルスは生成される。

Description

本発明は、バッテリ、例えば、鉛蓄電池を充電するための装置及び方法に関し、特に、バッテリが電気プラント、例えば、比較的長期間使用されていないままの自動車に接続されているが、長期間不活性である場合に、バッテリに最も適した充電手順を実行でき、さらに、最適なバッテリの充電レベルが保持されることを可能にする、装置及び方法に関する。

先行技術において、接続されるバッテリのタイプを識別でき、このタイプのバッテリに適した充電手順を適用するバッテリ充電装置が知られている。

しかしながら、バッテリを充電するための既知の装置は、任意の状況でバッテリの寿命を最適化するのに適しているバッテリ充電サイクルを実行することまではできず、特に、硫酸化現象を無効化でき、かつ、比較的長期間使用されていないままであろう自動車のバッテリの場合のように、バッテリにより電力供給される電気回路に接続されたまま比較的長期間不活性に晒された状況でもバッテリの充電を保守できるような充電手順がバッテリに必要かどうかを自動的に識別することはできない。

本発明は、特に、バッテリが不活性である期間、バッテリの寿命を最長化し、バッテリを最適な充電状況に自動的に保守するようバッテリの充電サイクルを実行できるようにする、バッテリを充電するための装置及び方法を提供する。本装置及び本方法は、技術者でないユーザにとっても、単純かつ使いやすいものでなければならない。

本発明の目的は、請求項１に係るバッテリを充電するための装置によって、及び／又は、請求項８に係るバッテリを充電するための方法によって、到達する。

本発明によって、バッテリ充電サイクルを実行することが可能であり、バッテリの最適な充電サイクルを実行でき、バッテリの硫酸化の可能性の問題を解決することもでき、そして、長期間不活性の間でさえ最適なバッテリの充電レベルを保持することができる。

本発明を実行する一態様を、添付の図面を参照しながら、以下に開示する。

本発明に係る装置の斜視図。 図１の装置の下からの斜視図。 本発明に係る装置で達成されるバッテリの充電及び充電保守サイクルを示す図。 本発明に係る装置の動作を示すフローチャート。 本発明に係る装置のブロック図。 本発明に係る装置の一実施例のブロック図。 図６に示される本発明に係る装置の実施例の動作を示すフローチャート。

本発明に係るバッテリを充電するための装置は、ボディ１を備え、バッテリ２を充電し、充電手順を制御する電気電子部品（図５及び図６）がその内部に収容される。

ボディ１の上面３上には、本発明に係る装置が接続されるバッテリの状態、及び、バッテリの充電手順の状態を表示するＬＥＤ４が配置される。

ＬＥＤ４は、ＲＧＢ ＬＥＤであり、つまり、例えば、赤色、黄色及び緑色のような様々な色の光を発することができるＬＥＤであり、以下に詳述されるように、バッテリ２及び充電手順の様々な状態を表示する。単一のＲＧＢ ＬＥＤを使用することで、バッテリの状態及び充電手順の状態の表示がユーザにとって非常に単純かつ明瞭なものにすることができる。

ボディ１の下面５には、開口６が設けられ、この開口６を介して、本発明に係る装置の電源コード（図示せず）、及び、当該装置を、直接的に又は間接的に、バッテリに接続するためのケーブルを収容するのに適する空間７にアクセスすることができる。開口６はその中央域に絞り部８を有する。空間７に収容される電源コードと接続ケーブルとが、偶発的にそこから抜け出ないように、かつ、本装置を電源９（図５及び図６）に接続する必要がある場合に空間７から電源コード及び接続ケーブルを抜き出す妨げとならないように、絞り部８の寸法は選択される。

少なくとも１つのノッチ２０が空間７の端部２２に形成されており、このノッチ２０には、その開口端に、複数の弾性フラップ２１が設けられている。端部２２上には、２つのノッチ２０が形成され、これらは、例えば、互いに対面して配置されることが好ましい。しかしながら、３つ以上のノッチ２０が形成されることも可能であり、これらは端部２２に沿って分散配置される。ノッチ２０は、絞り部８と協働するために電源コード及び／又は接続ケーブルを固定し、該ケーブルが前記空間７から抜け出てしまうのを防ぐ役割を果たす。弾性フラップ２１は、上記ケーブルがノッチ２０に挿入された後、上記ケーブルを固定する役割を果たす。前記ケーブルをノッチ２０内に固定することは、端部２２を用いて平面上に静止する場合に、本発明に係る装置を不安定にするような、これらのケーブルが空間７の端部２２の下に滑り落ちることを防ぐ役割も果たす。

本発明に係る装置は、制御装置１０を備え、この制御装置１０によって電圧及び電流が調節される。充電中又は充電保守手順中に、バッテリ２には、調節された電圧及び電力が供給される。

制御装置１０は、安全ヒューズ１１を介して電源９に接続されている。制御装置１０は、プロセッサ１４によって駆動され、絶縁変圧器１２及び整流器１３を介して、本発明に係る装置の電源出力１９を提供する。

電源出力１９は、充電中又は充電保守手順中に、バッテリ２に電力供給するために、直接的に又は間接的に、バッテリ２に接続されるようになっている。

プロセッサ１４は、絶縁変圧器１２によって電力供給され、光絶縁体１５によって制御装置１０に接続されている。この光絶縁体１５は、制御装置１０を介して電源９から到来する可能性のある過電圧から、プロセッサ１４を保護する役割を果たす。

プロセッサ１４はさらに、充電中又は充電保守手順中に、バッテリ２の電圧を読み取りできるように、直接的に又は間接的に、バッテリ２に接続されている。

本発明に係る装置には、プロセッサ１４及び整流器１３に動作上接続されている電流センサ１６と、プロセッサ１４に動作上接続されている熱センサ１８と、整流器１３と当該装置の電源出力との間に置かれたリレー１７と、がさらに設けられている。電流センサは、バッテリ２に送出される充電電流の値を検知し、プロセッサ１４に伝える。熱センサは、本装置のいかなる過熱をも検知し、プロセッサ１４にこの過熱を通知するために使用される。最後に、リレー１７は、バッテリ２への電流の供給を中断し、又は、供給できるようにするために使用される。

ＲＧＢ ＬＥＤ４に加えて、プロセッサ１４はまた、本発明に係る装置、又は、バッテリ２の異常状態を知らせるための音響信号を発することを目的とする音響信号発信装置２３に動作上接続されている。

本発明に係る装置でバッテリ２を充電する手順は、以下のステップを備える。

−本発明に係る装置に接続されるバッテリ２を検証する予備ステップ。このステップでは、本発明に係る装置よって充電されるのに適しているバッテリ２のタイプであるかどうか、及び、バッテリ２が損傷していないかどうか、を検証する。本発明に係る装置を電気供給グリッドへ接続した後に、プロセッサ１４は、当該装置が動作していることを検証する。検証が肯定的な場合、プロセッサ１４は、点滅する赤色の光を発するように、ＬＥＤ４に命じる。点滅する赤色の光は、装置は使用の準備ができていることをユーザに示す。例えば、安全ヒューズ１１が壊れている場合など、検証が否定的な場合、プロセッサ１４は、発光警告信号、例えば、固定の赤色の光を発するようにＬＥＤ４を制御し、かつ、音響警告信号を発する音響信号発信装置２３を起動する。音響警告信号は、発光警告信号と共に、本装置が使用不可能であることをユーザに示す。発光警告信号と組み合わされた音響警告信号の使用は、発光信号発信装置が、何らかの理由で機能していない、又は、見えない、もしくは、ほとんど見えない場合でさえ、ユーザが、本発明に係る装置の故障、又は、以下に記述するようなバッテリ２の故障の警告を確実に受けるという利点を有する。

本発明に係る装置に接続されたバッテリ２のタイプは、端子への電圧の測定により検証され、本発明に係る装置のためのバッテリ２のタイプ、例えば鉛蓄電池の場合の電圧と、端子への約１４．５Ｖを超えない電圧とで互換性があるかどうかを検証する。さらに、バッテリ２の端子で測定された電圧が、約８．５Ｖより低ければ、バッテリ２が修復できない程に損傷していることが考えられる。どちらの場合も、つまり、端子への電圧が１４．５Ｖより高い場合、又は、８．５Ｖより低い場合、プロセッサ１４は充電手順を開始せず、前述の発光警告信号及び音響警告信号が起動され、これにより、バッテリ２が本発明に係る装置で充電されるのに適しているタイプではない、又は、損傷しているため、ユーザがバッテリ２の充電に進めないことがユーザに警告される。

‐いわゆる「ソフトスタート」と呼ばれる、第１のステップ。このステップにおいて、本発明に係る装置は、約２Ａの強度、つまり、バッテリ２の通常の最大の充電電流を下回る強度で、例えば、鉛蓄電池の場合は、約３．６Ａで、方形波状の電流パルスを発する。電流パルスの期間は予め定められていないが、バッテリ２の状態によって決まる。実際、バッテリ２の充電が大きいほど、電流パルスの下降面は緩やかになる。バッテリ２に吸収される電流の値が約１００ｍＡを下回った場合に、新しい電流パルスが生成される。したがって、パルスの周波数もまたバッテリ２の充電の状態によって決まり、バッテリ２の充電が増えるとパルスの周波数は減少する。

この「ソフトスタート」と呼ばれる第１のステップは約３０分間続き、このステップの終了時に、バッテリが約１０．５Ｖの端子での電圧に達していなかった場合、プロセッサ１４は、バッテリが損傷していると見なして、充電手順を中断し、前述の警告信号を起動する。

この第１のステップは、バッテリ２を充電するための、かつ、バッテリ２の硫酸化の可能性を除去するための最適な状態にバッテリ２を置くのに用いられ、バッテリの単一のセルの端子上に長時間にわたって形成され、かつ、バッテリの再充電を妨害し、その完全な再充電を長時間にわたって阻む、存在し得る硫酸鉛の結晶を破壊する。

‐「ソフトスタート」と呼ばれる第１のステップの終了時に開始する、第２のステップ。つまり、このステップは充電手順の開始から３０分後に始まり、このステップにおいて、本発明に係る装置は、一定の強度の電流で、鉛蓄電池の場合には、約３．６Ａで、バッテリ２に電力供給する。このステップの間、バッテリの端子での電圧は、定電流充電ステップが停止する最大の電圧値に達するまで徐々に増加する。鉛蓄電池については、各セルの端での最大電圧が、およそ２．３７Ｖと２．４Ｖとの間で変化し得る事実を考慮に入れると、定電流充電ステップの停止に達した最大電圧は、６つの素子を有するバッテリについては、約１４．２Ｖに設定できる。

‐バッテリ２の端子での電圧が前述の所定の最大値に達した場合にプロセッサ１４によって開始が制御される第３のステップ。この第３のステップにおいて、本発明に係る装置は、前述の所定の最大値と等しい定電圧でバッテリ２に電力供給をする。このステップの間、プロセッサ１４がバッテリの充電を終える所定の最小値に達するまで、バッテリの充電電流は徐々に減少する。この所定の最小値は、バッテリの容量によって決定される。例えば、バッテリの容量が２０Ａｈの場合には、前述の最小値はおよそ２００ｍＡで固定できる。

バッテリ２を充電する前述の３つのステップが実行される場合、ＬＥＤ４は、本発明に係る装置がバッテリの充電手順を実行していることをユーザに示す固定の黄色の光を発する。

充電手順の終了時に、本発明に係る装置は、充電保守手順を実行するためにバッテリ２に接続されたままにでき、この目的は、バッテリ２の使用時に、又は、不使用時に、つまり、バッテリ２の不活性期間中に、最適のレベルに充電されたバッテリ２を、長時間にわたって保守することである。バッテリ２の最適な充電レベルを保つことで、バッテリ２の性能を最適化し、バッテリ２の寿命を最大化させることが可能になる。

充電保守手順は、プロセッサ１４によるバッテリ２の端子での電圧の継続的な監視を含んでいる。端子での電圧が所定の最小値に達したことをプロセッサ１４が検知すると、短期間の定電圧充電サイクルの開始が命じられ、このサイクルは端子での電圧が所定の最大値に達する時に終了する。

前述の最大値と最小値は、平均保守電圧値を参照にして算出でき、鉛蓄電池の場合には、例えば、１３．６Ｖの値で固定できる。前述の最大値と最小値は、例えば、前述の平均値から±０．５Ｖの偏差に、つまり、それぞれ、１４．１Ｖと１３．１Ｖに相当し得る。

保守ステップを実行していることは、固定の緑色の光の発光によって、ＬＥＤ４により表示される。

本発明に係る装置の様々な動作ステップが、種々のステップ内における当該装置によって供給される電流の傾向を示す図３の図において、並びに、本発明に係る装置の動作ロジックを示す図４及び図７のフローチャートにおいて、示されている。

本発明に係る装置には、当該装置の部品に損傷を与え得る過熱に対する保護システムが設けられており、この過熱は部品の効率を減少させ、部品に修復不可能なまでの損傷を与えてしまう。

保護システムは、本発明に係る装置の内部温度を測定する熱センサ１８を介して、プロセッサ１４によって管理される。

熱センサ１８によって測定された温度が、第１の所定のしきい値、例えば、６０℃を超えることを、プロセッサ１４が検知すると、本発明に係る装置によって供給される電流の最大値の減少が命令される。この減少は、例えば、前述の最大値の２５％と等しくなり得る。この減少の目的は、本装置の温度を低減できるようにすることである。

供給される電流の最大値が減少しているにもかかわらず、温度が上昇し続け、第２の所定のしきい値、例えば、７０℃に達した場合、プロセッサ１４は、更なる温度上昇を回避するために、供給される電流の最大値の更なる減少、例えば、最大値の５０％と同等を命じる。

本発明に係る装置の温度が上昇し続ける場合には、プロセッサ１４は、当該装置のスイッチを切り、警告信号を起動する。

他方で、温度が減少する場合には、プロセッサ１４は、温度が第２のしきい値を下回った場合に、供給される電流の値を最大値の７５％へ戻し、温度が第１のしきい値を下回った場合に、最大値の１００％へ戻す。

装置の構成要素の特徴によって、つまり、損傷することなく、その性能を落とすことなく耐えることができる最大の動作温度に基づいて、しきい値は選ばれる。

前述の保護システムによって、本発明に係る装置は、当該装置が動作するように配置される環境条件にかかわらず、常に最良の状態で実行されることが可能になり、かつ、当該装置は、過熱により引き起こされ得る損傷からの保護が可能になる。

本明細書においては、鉛蓄電池の充電について言及がなされてきたが、開示された装置及び方法が他のタイプのバッテリを充電することにも適用可能であることは明らかである。

本実施形態では、材料、寸法及び構造上の詳細が、示されたものとは異なっていてもよく、しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、技術的にそれと等価であってもよい。

Claims (12)

1. バッテリを充電するための装置であって、
   バッテリ（２）に充電電流を供給するための電気電子部品が内部に収容されるボディ（１）と、電気供給グリッドに前記装置を接続するための供給ケーブルと、前記装置を、直接的に又は間接的に、バッテリに接続するための接続ケーブルと、を備え、
   前記装置の動作状態を表示するのに適しており、前記装置の様々な動作状態にそれぞれ対応する様々な色の光を発するのに適している単一のＬＥＤ（４）を備えるＬＥＤ手段（４）と、前記装置又は前記バッテリ（２）の誤動作を示す音響信号を発するのに適している音響信号発信手段（２３）と、を備えることを特徴とする、装置。
2. 前記供給ケーブル及び前記接続ケーブルを収容することを目的とする空間（７）をさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記空間（７）は開口（６）によって外部と通じ、前記供給ケーブル及び前記接続ケーブルが前記空間（７）から偶発的に抜け出すことを防ぐような寸法を有する絞り部（８）が前記開口（６）の中央域に設けられている、請求項２に記載の装置。
4. 少なくとも１つのノッチ（２０）が前記空間（７）の端部（２２）上に形成され、前記ノッチには前記ノッチの開口端に配置された複数の弾性のフラップ（２２）が設けられている、請求項２又は３に記載の装置。
5. 少なくとも２つのノッチ（２０）が前記端部（２２）上に形成されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記ＬＥＤ手段（４）が前記装置の上面（３）上に配置されている、請求項１から請求項５のいずれかに一項に記載の装置。
7. 前記開口（６）は、前記上面（３）に対向する、前記装置の下面（５）に形成されている、請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
8. バッテリを充電するための装置によってバッテリ（２）を充電するための方法であって、バッテリ（２）を加熱し、かつ、脱硫酸化する第１のステップと、定電流充電の第２のステップと、定電圧充電の第３のステップと、を備え、
   前記第１のステップにおいて、バッテリ（２）は、前記定電流充電の第２のステップにおける充電電流の最大値より低い最大値を有する電流パルスを供給され、以前の電流パルスの送出の後に、前記バッテリ（２）により吸収された前記電流が所定の最小値を下回った場合に、各電流パルスは生成される、ことを特徴とする、方法。
9. 前記電流パルスは、方形波状を有するパルスである、請求項８に記載の方法。
10. バッテリ（２）の充電を保守する第４のステップをさらに備え、前記第４のステップは、バッテリ（２）の端子での電圧が所定の最小値に達した場合に定電圧充電ステップを開始すること、及び、前記バッテリ（２）の端子での電圧が所定の最大値に達した場合に前記定電圧充電ステップを中断すること、を備える、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記装置の動作温度を監視すること、及び、前記装置によって分配される電流の前記最大値を変化させること、をさらに備え、前記変化させることは、その前記動作温度が、第１のしきい値に達した場合、前記装置によって分配される前記電流の前記最大値を第１の所定値に減少させ、その前記動作温度が第２のしきい値に達した場合、前記装置によって分配される前記電流の前記最大値を第２の所定値にさらに減少させ、その前記動作温度が前記第２のしきい値を超えた場合、前記装置のスイッチを切る、ことを備える、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記装置の前記温度が前記第２のしきい値を下回った場合に前記分配された電流の値を前記第１の所定値に戻すこと、及び、前記装置の前記温度が前記第１のしきい値温度を下回った場合に前記分配された電流の値を前記最大値に戻すこと、を備える、請求項１１に記載の方法。

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