JP3235572U

JP3235572U - サイクルチャージャー

Info

Publication number: JP3235572U
Application number: JP2021004116U
Authority: JP
Inventors: 浩一仁部; 勝五十嵐
Original assignee: 株式会社ワイ・イー・シー
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2022-01-06
Anticipated expiration: 2031-09-28

Abstract

【課題】バッテリーごとの充電サイクルを簡易に管理でき、電池の劣化状況や交換時期の判断が可能で、バッテリーの充電ユニットに容易に組み込む事が可能なサイクルチャージャーを提供する。【解決手段】サイクルチャージャーは、バッテリーごと、充電の度ごとに充電開始電圧を測定し、予め設定されている放電終止電圧、ＣＣ−ＣＶ充電移行電圧と比較演算することにより充電で増加した蓄電量を充電サイクル数に換算して、充電制御回路２のメモリー３に記憶し、充電の繰り返しにより増加する充電サイクル数を積算することにより得られるバッテリーごとの充電サイクル数を表示、または所定の充電サイクル数においてバッテリー交換警告を発する機能を備える。【選択図】図３

Description

携帯型端末が内装するリチュウムイオンバッテリーは、環境条件や使用条件などにより経時的に劣化が進むため、バッテリーの劣化や交換時期を判断するために、各種の劣化判定方法が提案されているがそのいずれもが複雑であり、安価に判定機器を構成する事は容易では無い。

バッテリーの劣化状況や交換時期を判定する方法としては、バッテリー劣化による内部インピーダンスの変化を測定する交流インピーダンス法や、電池の端子間電圧から電池内部電圧を差し引いた電位差の積分値に基づいて電池劣化を診断するなど、多様な方法が提案されているが、そのいずれもが判定のための構成が複雑であるため、バッテリーの充電ユニットに安易に組み込むことは出来ず普及していない。

考案が解決しようとする課題

リチュウムイオンバッテリーは、充放電を繰り返すうちに劣化が進み、残量ゼロから１００パーセントの状態になる状態を充電１回（１サイクル）と数えるため、一般的に充電サイクルが５００サイクルで、使いはじめたときの最大容量の約８０パーセント程度に低下する。どのメーカーの製品も、採用しているリチュウムイオンの組成は大きく変わらないため、仮に１日１サイクルのペースで使用したとして、１年半ほどで性能低下が目立つようになる。したがって、バッテリーごとの充電サイクルを簡易に管理できれば電池の劣化状況や交換時期の判断が可能となり、バッテリーの充電ユニットに容易に組み込む事も可能になる。

課題を解決するための手段

バッテリーごと、充電の度ごとに充電開始電圧を測定し、予め設定されている放電終止電圧、ＣＣ−ＣＶ充電移行電圧と比較演算することにより充電で増加した蓄電量を充電サイクル数に換算して、充電制御回路のメモリーに記憶し、充電の繰り返しにより増加する充電サイクル数を積算することにより得られるバッテリーごとの充電サイクル数を表示、または所定の充電サイクル数においてバッテリー交換警告を発する機能を備える。

考案の効果

バッテリーごと、充電の度ごとに充電サイクルを算出して記憶し、充電の繰り返しにより増加する充電サイクル数を積算することにより得られるバッテリーごとの充電サイクル数を表示、または所定の充電サイクル数においてバッテリー交換警告を発する機能を備えることにより、充電ユニットにバッテリーの劣化や交換時期の警告を組み込むことが容易である。

図１，図２にリチウムイオンバッテリーの充電状態における電圧、電流、蓄電容量に関する概念を示す。放電終止電圧（Ｖｓ）は、これ以上放電して電圧が下がると劣化が起こるので放電をやめましょうという値で、カットオフ電圧とも呼ばれ、概ね３．０Ｖか３．２Ｖに設定します。ＣＣ−ＣＶ移行電圧（Ｖｃ）はＣＣ充電からＣＶ充電に移行する電圧であり、一般的には４．２Ｖに設定します。充電完了電圧は、これ以上充電して電圧が上がると劣化が生ずるので放電をやめましょうという値で、充電上限電圧とも呼ばれますが、ＣＣ→ＣＶ移行電圧の４．２Ｖが既にこの値でありこれ以上電圧は上げられませんから、充電完了の判定は充電時間または充電電流の減少状態で判断します。蓄電容量に関しては、放電終止点を０％と見做し、充電完了点を１００％と定義し、ＣＣ−ＣＶ移行点は概ね８０〜９０％程度である。

上記するリチュウムイオンバッテリーの特性は、どのメーカーの製品も採用しているバッテリーの組成は大きく変わらないため、一般的に適応可能な値です。このため、バッテリーの充電を開始する充電開始電圧がＶｍの場合の充電サイクル数は図４に示す［（Ｖｃ−Ｖｍ）／（Ｖｃ−Ｖｓ）×Ｐａ＋Ｐｂ＝サイクル数］となります。ＰａはＣＣ−ＣＶ移行電圧（Ｖｃ）点における蓄電容量であり一般的に８５％とすれば０．８５、ＰａはＣＣ−Ｃ
Ｖ移行電圧（Ｖｃ）点から充電完了点迄の蓄電容量であり１５％であれば０．１５として演算します。このため、Ｖｍの値を測定すれば充電サイクル数は容易に計算される。なお、Ｐａの値に関しては、同種のバッテリーであればほぼ一定の値を示すためバッテリーを実測定して決めることが望ましい。バッテリー寿命を伸ばすために、ＣＣ−ＣＶ移行電圧（Ｖｃ）を充電完了点とする場合は、［（Ｖｃ−Ｖｍ）／（Ｖｃ−Ｖｓ）×Ｐａ＝サイクル数］となります。

図３に本考案の充電サイクル数を算出するバッテリー充電制御回路の構成を示す。充電用ＤＣ電源１、充電制御回路２、サイクル数記憶メモリー３、サイクル演算処理４，バッテリードライバー５，バッテリー接続コネクター６で構成される。充電を開始する充電電圧Ｖｍは充電制御回路で測定され、サイクル演算処理で演算処理される。サイクル数記憶メモリーには充電の度に演算処理される充電サイクル数が積算されて記憶され、サイクル数を確認する場合はメモリーに記憶された値を読みだして表示すれば良い。このように、本考案によればサイクル数算出にはＶｍの値のみを測定すれば良いため極めて簡易であるが、バッテリーの内部インピーダンス、充電電流、周囲温度、バッテリー劣化などにより誤差を生ずるため、充電開始によるバッテリーの温度上昇ならびに遅れに対して充電開始電圧の測定を充電開始から５分後に実施し、さらに充電の速さを決めるＣレートによる影響など、その他誤差を吸収するためにイクル数は演算値に対して＋１０％程度の誤差補正を行うことが望ましい。

図３に示す構成で、充電用ＤＣ電源２６Ｖ、充電制御回路は市販の充電制御ＩＣ、ＭＯＳバッテリードライバー、３２ＭＢフラッシュメモリー、リン青銅板バネのバッテリー接続コネクターを採用して、放電終止電圧（Ｖｓ）を３．２Ｖ、ＣＣ−ＣＶ移行電圧（Ｖｃ）を４．２Ｖ、Ｐａを８５％、Ｐｂを１５％に設定し，充電開始電圧の測定を充電開始から５分後に実施し、その他誤差を吸収するためにサイクル数は演算値に対して＋１０％の誤差補正を行って機能評価を行い良好な結果を得た。バッテリーの充電サイクルを個別に管理するため、バッテリー毎に番号を記載したラベルを貼り付けた。なお、実施例で示した、素材、機能、構造やディメンジョン、誤差補正値に関しては、本考案の趣旨を逸脱しない範囲での変更、変形実施可能である。

リチュウムイオンバッテリーの充電電圧、充電電流の概念図リチュウムイオンバッテリーの充電電流、蓄電容量の概念図本考案による充電サイクル演算の概略構成図本考案による充電サイクル演算式

１．充電用ＤＣ電源
２．充電制御回路
３．サイクル数記憶メモリー
４．サイクル演算処理
５．バッテリードライバー
６．バッテリー接続コネクター
Ｖｓ．放電終止電圧
Ｖｍ．充電開始電圧
Ｖｃ．ＣＣ−ＣＶ移行電圧

Claims

バッテリー充電制御回路を備えたリチウュムイオンバッテリーの充電ユニットに関して、バッテリーごと、充電の度ごとに充電開始電圧を測定し、予め設定されている放電終止電圧、ＣＣ−ＣＶ充電移行電圧と比較演算することにより充電で増加した蓄電量を充電サイクル数に換算して充電制御回路のメモリーに記憶し、充電の繰り返しにより増加する充電サイクル数を積算することにより得られるバッテリーごとの充電サイクル数を表示、または所定の充電サイクル数においてバッテリー交換警告を発する機能を備えた、サイクルチャージャー。
バッテリーごとにラベルまたはＩＣチップなどにより固有の識別番号を付与する、請求項１、請求項２に記載する、サイクルチャージャー。