JP2018207740A - 充電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ユーザが設定した任意の時間において、適切な電池の容量推定及び充電を行うこと。【解決手段】二次電池と、満充電状態から放電終止状態までの前記二次電池の放電可能な容量に対応する学習容量を記憶する記憶手段と、前記二次電池の現在の容量を検出する容量検出手段と、前記二次電池が放電終止状態になった場合もしくは所定の放電電流で所定時間放電を行った場合に前記学習容量の更新を行う更新手段とを有する電池パックが接続される充電装置(112)は、時間の入力を受け付ける入力手段と、前記容量検出手段によって検出された容量と、前記入力手段に入力された時間と、所定の放電電流及び充電電流とを元に、放電時間及び充電時間を計算する計算手段と、前記計算手段によって計算された時間に応じて前記二次電池の充電または放電を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、二次電池を充電する充電装置に関する。
従来、携帯電話端末や撮像装置など、二次電池を電源として使用した装置において、電池残量を通知する機能を有する機器が商品化されている。これらの機器では、充電容量及び放電容量から電池の残量を推定し、推定された残量に基づいて電池残量表示が行われている。
しかし、電池の残量推定が行われていない期間、例えば放置期間に電池温度の変化に伴う析出リチウムの溶解、析出リチウムの不活性化等によって電池に状態変化が生じている場合は、電池が認識している容量と実際の容量に差が生じてしまう。
この場合、例えば電池の放電を行い、充電容量及び放電容量に基づいて満充電状態から放電終止状態までの電池の放電可能な容量に対応する学習容量を計算(キャリブレーション)することで正確に容量を推定することが可能となるが、放電を行う時間が必要になる。また、ユーザが電池を使用するためには更に充電が必要となることから、ユーザの都合に合わせて正確な容量推定と充電を行う充電システムが望まれている。
特許文献1には、電池の開放電圧及び温度データに基づいて電池の放置期間状態を推定する方法が記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、放置期間を考慮した容量推定は可能となるが、ユーザの都合に合わせた電池の容量推定と充電を行うには至っていない。
そこで、本発明は、ユーザが設定した任意の時間において、適切な電池の容量推定及び充電を行うことができるようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る充電装置は、
二次電池と、満充電状態から放電終止状態までの前記二次電池の放電可能な容量に対応する学習容量を記憶する記憶手段と、前記二次電池の現在の容量を検出する容量検出手段と、前記二次電池が放電終止状態になった場合もしくは所定の放電電流で所定時間放電を行った場合に前記学習容量の更新を行う更新手段とを有する電池パックが接続される充電装置であって、時間の入力を受け付ける入力手段と、前記容量検出手段によって検出された容量と、前記入力手段に入力された時間と、所定の放電電流及び充電電流とを元に、放電時間及び充電時間を計算する計算手段と、前記計算手段によって計算された時間に応じて前記二次電池の充電または放電を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
二次電池と、満充電状態から放電終止状態までの前記二次電池の放電可能な容量に対応する学習容量を記憶する記憶手段と、前記二次電池の現在の容量を検出する容量検出手段と、前記二次電池が放電終止状態になった場合もしくは所定の放電電流で所定時間放電を行った場合に前記学習容量の更新を行う更新手段とを有する電池パックが接続される充電装置であって、時間の入力を受け付ける入力手段と、前記容量検出手段によって検出された容量と、前記入力手段に入力された時間と、所定の放電電流及び充電電流とを元に、放電時間及び充電時間を計算する計算手段と、前記計算手段によって計算された時間に応じて前記二次電池の充電または放電を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
本発明に係る充電装置によれば、ユーザが設定した任意の時間において、適切な電池の容量推定及び充電を行うことができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
[実施形態1]
図1は、実施形態1および2における充電システムの構成の一例を説明するための図である。
図1は、実施形態1および2における充電システムの構成の一例を説明するための図である。
実施形態1および2における充電システムは、図1に示すように、電池パック105と、充電装置112とを有する。電池パック105は、充電装置112に接続可能である。充電装置112は、充電装置112に接続された電池パック105の充電および放電を行うことができる。
次に、図1を参照して、電池パック105の構成の一例を説明する。
電池パック105は、二次電池101、電流検出部102、メモリ103、電池パック制御部104、電圧変換部106、電圧検出部107、保護回路108、+端子109、D端子(通信端子)110、−端子111、温度検出部112を有する。
二次電池101は、例えば、直列に接続された2つの電池セルを有する。二次電池101は、例えば、リチウムイオン電池である。二次電池101の一方の端子は保護回路108を介して+端子109へ接続されると共に、電圧変換部106に接続される。二次電池101のもう一方の端子は、二次電池101の充電または放電電流を測定するための電流検出部102を介して−端子111に接続されている。
電流検出部102は、例えば20mΩのような低抵抗器であり、充放電電流を電圧に変換し、それを電池パック制御部104がA/D変換することで充放電電流を測定する。
メモリ103は、例えば書き換え可能な不揮発性メモリであり、電池パック105の各構成要素を制御するためのプログラムを記憶している。さらに、メモリ103は、二次電池101の満充電状態時の容量(学習容量に相当)、充放電電流の積算値、さらに残量(学習容量から充放電電流の積算値を減算した容量に相当)を記憶している。
電池パック制御部104は、例えばAD変換、ROM/RAM及びタイマ等を持ったワンチップマイコンで構成され、電池パック105の各構成要素の動作を制御する。電池パック制御部104は、RAMに記憶されている電池パック104を動作させるためのプログラムを読み込み、電池パック制御部内のRAMに展開し、各構成要素の動作を制御する。また、電池パック制御部104は電流検出部102で測定した充放電電流を一定周期(例えば100ms周期)毎に積算を行い、充放電電流の積算値をメモリ103に記憶させる。
また、電池パック制御部104は、前述の通り、学習容量から充放電電流の積算値を減算した容量を残量として、メモリ103に記憶させる。
電圧変換部106は、例えばリニアレギュレータを有し、電池パック制御部104に定電圧を供給する。これにより、電池パック105が外部機器(携帯端末、撮像装置等)から外された状態でも電池パック制御部104は動作可能となる。
電圧検出部107は、例えばA/D変換器で構成され、二次電池101の各電池セルの電圧を検出し、電池パック制御部104へ伝える。
保護回路108は、充電保護FET及び放電保護FETにより構成され、充電時及び放電時において、過充電や過放電にならないように回路を遮断されるスイッチであり、電池パック制御部104により制御される。
温度検出部112は、例えばサーミスタによって構成され、温度変化を抵抗値に変換し、それを電池パック制御部104のA/DポートにてAD変換することで電池パック105の温度を検出する。
次に、図1を参照して、充電装置112の構成の一例を説明する。充電装置112も、電池パック105同様に、+端子109と接続される+端子と、D端子110と接続されるD端子(通信端子)と、−端子111と接続される−端子とを有する。
充電装置112は充電装置制御部114、入力部115、表示部116、充電/放電部117、満充電検出部118、AC/DCコンバータ119、動作時間決定部120を有する。
充電制御部114は、例えばAD変換器、ROM/RAMやタイマを持ったワンチップマイコンであり、充電装置112の動作を制御する。充電制御部114は制御端子110’を介して電池パック制御部104と通信可能な構成とされ、電池パック制御部104から電池パック105に関する電池情報を受信する。
入力部115は例えばメカスイッチやタッチパネル等の操作部材により構成され、本充電システムにおいて、ユーザがキャリブレーションと充電動作を行う時間との合計時間を入力する。
表示部116は、充電制御部114によって制御され、ユーザに充電装置112の情報および電池パック105の情報を表示する。
充電/放電部117は電池パック105が接続された場合に、充電動作を行う場合には主に定電流で充電を行う。また、キャリブレーション動作を行う場合は定電流で放電を行う。
満充電検知部118は充電/放電部117と接続端子109’との間に接続されている。また、満充電検出部118は充電装置制御部114に接続されている。満充電検出部118は電池パック105が満充電状態になったことを検出して、充電装置制御部114に通知する。
AC/DCコンバータ119はAC電源から供給されるDC電源に変換し電力を充電装置112の各構成要素(充電制御部114など)に供給する。
動作時間決定部120は充電装置制御部114に接続されており、ユーザによって入力部115に入力された充電とキャリブレーションを行う時間に応じて、充電時間およびキャリブレーション時間を決定する。
次に、図2のフローチャートを参照して、実施形態1における充電システムの動作の一例を説明する。
図2のフローチャートを参照して説明される処理は、充電装置制御部114が、充電装置制御部114内のメモリに記憶されたプログラムを実行することにより制御される。
S201では、充電装置112の充電装置制御部114が電池パック制御部104と通信し、電池101の現在容量を計算する。
S202では、現在容量から電池容量100%まで充電する、第一の充電時間Tch1を計算する。第一の充電時間Tch1を計算するための計算式は、次のとおりである。ただし、第一の充電時間Tch1を計算するための計算式は、これに限るものではない。
Tch1=(Qmax−Q1)/Ich
第一の充電時間Tch1の計算式において、Tch1は第一の充電時間、Qmaxはフル充電時の電池容量、Q1は現在の電池容量、Ichは充電電流を表す。
第一の充電時間Tch1の計算式において、Tch1は第一の充電時間、Qmaxはフル充電時の電池容量、Q1は現在の電池容量、Ichは充電電流を表す。
S203では、ユーザが入力部115である操作部材を操作することで、キャリブレーションと充電動作を行う合計時間である入力時間Tinを充電装置に入力する。
S204では、S203でユーザが入力した入力時間Tinが第一の充電時間Tch1よりも長い時間であるか否かを判定する。ユーザが入力した入力時間が第一の充電時間Tch1よりも長い時間である場合はS205に進み、短い時間である場合はS203へ戻る。
S205では、キャリブレーション時間Tcalを計算する。キャリブレーション時間Tcalを計算するための計算式は、次のとおりである。
Tcal=(Ich/(Ical+Ich))×(Tin−Tch1)
キャリブレーション時間Tcalの計算式において、Tcalはキャリブレーション時間、Ichは充電電流、Icalはキャリブレーション(放電)電流、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間を表す。
キャリブレーション時間Tcalの計算式において、Tcalはキャリブレーション時間、Ichは充電電流、Icalはキャリブレーション(放電)電流、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間を表す。
S206では、キャリブレーションで放電を行った分の充電である第二の充電時間Tch2を計算する。第二の充電時間Tch2を計算するための計算式は、次のとおりである。
Tch2=Tin−Tch1−Tcal
第二の充電時間Tch2の計算式において、Tch2は第二の充電時間、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間、キャリブレーション時間はTcalを表す。
第二の充電時間Tch2の計算式において、Tch2は第二の充電時間、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間、キャリブレーション時間はTcalを表す。
S207では、S205で決定された時間に基づいて、キャリブレーションを行う。
S208では、S202で決定された第一の充電時間Tch1と、S206で決定された第二の充電時間Tch2に基づいて、充電動作を行う。
次に、図3(a)および図3(b)を参照して、ユーザによる入力時間Tinが、電池容量0%までの放電を行うことによるキャリブレーション時間Tcalと電池容量0%から電池容量100%までの充電時間との合計時間301よりも短い場合における、充電システムの時間の配分と電池容量の変化とを説明する。
図3(a)を参照して、時間の変化を説明する。
入力時間Tinが、電池容量0%から電池容量100%まで充電する時間と現在の電池容量から電池容量0%までの放電を行うことによるキャリブレーションに必要な時間との合計時間301よりも短い場合、二次電池101の残量のうち一部の容量を放電してキャリブレーションを行う。
一部の容量を放電してキャリブレーションを行った分の充電を第二の充電305として行う。その後、電池容量100%までの充電を第一の充電303として行う。このとき、キャリブレーション時間Tcalと第二の充電時間Tch2および第一の充電時間Tch1との合計時間は入力時間Tinに等しくなる。
図3(b)を参照して、電池容量の変化を説明する。
電池容量100%Qmaxに対する、現在の電池容量Q1を検出する。キャリブレーションは二次電池101の残量の一部を放電すること308で行い、キャリブレーションを行った分の充電を第二の充電309として行う。その後、電池容量100%Qmaxまでの充電を第一の充電310として行う。
次に、図4(a)および図4(b)を参照して、ユーザによる入力時間Tinが、電池容量0%までの放電を行うことによるキャリブレーション時間Tcalと電池容量0%から電池容量100%までの充電時間との合計時間401以上の場合における、本充電システムの時間の割り当てと、電池容量の変化に関して説明する。
図4(a)を参照して、時間の変化を説明する。
入力時間Tinが、電池容量0%から電池容量100%まで充電する時間と現在の電池容量から電池容量0%までの放電を行うことによるキャリブレーションに必要な時間との合計時間401以上の場合、二次電池101の残量全てを放電し、キャリブレーションを行う。
現在の電池容量から電池容量0%までの放電をしてキャリブレーションを行った分の充電を第二の充電Tch2として行う。
その後、電池容量100%までの充電を第一の充電Tch1として行う。このとき、キャリブレーション時間Tcalと第二の充電時間Tch2および第一の充電時間Tch1との合計時間は入力時間402に等しくなる。
図4(b)を参照して、電池容量の変化を説明する。
電池容量100%Qmaxに対する、現在の電池容量Q1を検出する。キャリブレーションは二次電池101の残量の全てを放電すること408で行い、キャリブレーションを行った分の充電を第二の充電409として行う。その後、電池容量100%Qmaxまでの充電を第一の充電410として行う。
このように、実施形態1によれば、ユーザが設定した任意の時間において、適切な二次電池101の容量推定及び充電を行うことができる。
[実施形態2]
次に、実施形態2について説明する。なお、実施形態2における電池パック105および充電装置112の構成は、実施形態1における電池パック105および充電装置112と同様であるため、それらの説明を省略する。実施形態2では、実施形態1と異なる部分を説明する。
次に、実施形態2について説明する。なお、実施形態2における電池パック105および充電装置112の構成は、実施形態1における電池パック105および充電装置112と同様であるため、それらの説明を省略する。実施形態2では、実施形態1と異なる部分を説明する。
図5のフローチャートを参照して、実施形態2における充電システムの動作の一例を説明する。
図5のフローチャートを参照して説明される処理は、充電装置制御部114が、充電装置制御部114内のメモリに記憶されたプログラムを実行することにより制御される。
S501では、充電装置112の充電装置制御部114が電池パック制御部104と通信し電池101の現在容量を計算する。
S502では、現在容量から電池容量100%まで充電する、第一の充電時間Tch1を計算する。第一の充電時間Tch1を計算するための計算式は、次のとおりである。ただし、第一の充電時間Tch1を計算するための計算式は、これに限るものではない。
Tch1=(Qmax−Q1)/Ich
第一の充電時間Tch1の計算式において、Tch1は第一の充電時間、Qmaxはフル充電時の電池容量、Q1は現在の電池容量、Ichは充電電流を表す。
第一の充電時間Tch1の計算式において、Tch1は第一の充電時間、Qmaxはフル充電時の電池容量、Q1は現在の電池容量、Ichは充電電流を表す。
S503では、S501で計算した二次電池101の現在容量と、所定の放電電流から電池容量0%までの放電に必要な時間である、キャリブレーション時間Tcalを計算する。キャリブレーション時間Tcalを計算するための計算式は、次のとおりである。
Tcal=(Ich/(Ical+Ich))×(Tin−Tch1)
キャリブレーション時間Tcalの計算式において、Tcalはキャリブレーション時間、Ichは充電電流、Icalはキャリブレーション(放電)電流、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間を表す。
キャリブレーション時間Tcalの計算式において、Tcalはキャリブレーション時間、Ichは充電電流、Icalはキャリブレーション(放電)電流、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間を表す。
S504では、キャリブレーションで放電を行った分の充電である第二の充電時間Tch2を計算する。第二の充電時間Tch2を計算するための計算式は、次のとおりである。
Tch2=Tin−Tch1−Tcal
第二の充電時間Tch2の計算式において、Tch2は第二の充電時間、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間、キャリブレーション時間はTcalを表す。
第二の充電時間Tch2の計算式において、Tch2は第二の充電時間、Tinは入力時間、Tch1は第一の充電時間、キャリブレーション時間はTcalを表す。
S505では、充電装置112の表示部116に第一の充電時間と、キャリブレーション時間と、第二の充電時間との合計時間と等しい最大入力時間及び第一の充電時間と等しい最小入力時間を表示部116に表示する。
S506では、ユーザが入力部115である操作部材を操作することで、キャリブレーションと充電動作を行う合計時間を充電装置の入力部115に入力する。
S507では、S506でユーザが入力した時間が最大入力時間と最小入力時間の範囲内であるか否かを判定する。ユーザが入力した時間が最大入力時間と最小入力時間の範囲内である場合はS508に進み、範囲外である場合はS506へ戻る。
S508では、SS503で決定したキャリブレーション時間に基づいてキャリブレーション動作を行う。
S509では、S502で決定した第一の充電時間とS504で決定した第二の充電時間に基づいて充電動作を行う。
このように、実施形態2によれば、ユーザが設定した任意の時間において、適切な二次電池101の容量推定及び充電を行うことができることに加え、充電装置112に入力可能な最小時間と最大時間を通知することでユーザが入力する時間を選択しやすくなるため、快適な操作が可能となる。
なお、本発明は実施形態1および2に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば実施形態1および2に様々な変更または修正を加えることができる。
105 電池パック、112 充電装置
Claims (3)
- 二次電池と、満充電状態から放電終止状態までの前記二次電池の放電可能な容量に対応する学習容量を記憶する記憶手段と、前記二次電池の現在の容量を検出する容量検出手段と、前記二次電池が放電終止状態になった場合もしくは所定の放電電流で所定時間放電を行った場合に前記学習容量の更新を行う更新手段とを有する電池パックが接続される充電装置であって、
時間の入力を受け付ける入力手段と、
前記容量検出手段によって検出された容量と、前記入力手段に入力された時間と、所定の放電電流及び充電電流とを元に、放電時間及び充電時間を計算する計算手段と、
前記計算手段によって計算された時間に応じて前記二次電池の充電または放電を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする充電装置。 - 前記入力手段に入力可能な最も短い時間は、前記容量計算手段によって計算された容量と所定の充電電流を元に計算された、現在の容量から満充電までの充電時間である第一の充電時間に等しいことを特徴とする請求項1に記載の充電装置。
- 前記入力手段に入力可能な最も長い時間は、前記容量計算手段によって計算された容量と所定の放電電流から求めた現在の容量から放電終止状態までの放電時間と、放電終止状態から満充電までの充電時間との合計時間に等しいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の充電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017113884A JP2018207740A (ja) | 2017-06-09 | 2017-06-09 | 充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2017113884A Pending JP2018207740A (ja) | 2017-06-09 | 2017-06-09 | 充電装置 |
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