JP3656379B2 - 電池の充電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は電池異常判別手段を備えたニッケル・カドミウム電池（以下ニカド電池という）等の２次電池の充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電池の充電装置の一例を図１を用いて説明する。図において、１は交流電源、２は電池２ｅに接触または近接して設けられたサーミスタ等の感温素子２ａと、電池２ｅの正極、負極及び感温素子２ａにそれぞれ接続される正極端子２ｂ、負極端子２ｃ及び温度端子２ｄ等からなる電池組であり、電池２ｅは充電可能な素電池を複数直列に接続したもので、感温素子２ａは負の温度係数を有するＮＴＣタイプである。３は電池２ｅに流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御伝達信号手段４と充電電流信号伝達手段５はホトカプラ等からなる。６、７、８は電池組２の正極端子２ｂ、負極端子２ｃ及び温度検出端子２ｄにそれぞれ対応する充電正極端子、充電負極端子及び温度検出端子である。１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路１０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。３０はダイオード３１、３２、チョークコイル３３と平滑用コンデンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２からなる電池電圧検出手段で、抵抗４１、４２により決定される分圧比で分圧し、分圧電圧をマイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。ＲＡＭ５３はサンプリングした電池電圧を記憶する電池電圧記憶手段５３１、サンプリングした電池温度を記憶する電池温度記憶手段５３２を内蔵する。６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる充電電流制御手段、７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、平滑コンデンサ７３、３端子レギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧電源で、ここでは５Ｖ電源を作り、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。８０は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート５６からの信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。９０は電池温度検出手段で５Ｖの定電圧電源と接続された抵抗９１と、抵抗９２と温度検出端子８と温度端子２ｄによって接続されている感温素子２ａとによって分圧された電圧をマイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力し、この入力電圧を電池温度に換算し充電を制御する構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した充電装置において、例えば電池２ｅの素電池群が容量的にアンバランスで、充電途中に容量の少ない素電池が電解液漏れを起こして、電解液により正極端子２ｂと温度端子２ｄとを接続してしまった場合、正確な電池温度を検出することができず、電池温度検出による確実な満充電検出ができなくなるという欠点があった。
【０００４】
正常な電池組２を充電した際には、マイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５には、５Ｖ定電圧電源の電圧を抵抗９１、抵抗９２及び感温素子２ａとによって分圧した電圧が入力され、電池温度が低いときには大きな電圧が、逆に電池温度が高いときには小さな電圧がＡ／Ｄコンバータ５５に入力される。例えば電池温度が設定温度以上となったならば充電を停止するとした場合には、マイコン５０はＡ／Ｄコンバータ５５に入力された電圧が設定電圧以下となったときに充電を停止する信号を出力ポート５６から発生する。しかし、上記したように素電池が電解液漏れを起こしたことにより正極端子２ｂと温度端子２ｄとが接続してしまうと、Ａ／Ｄコンバータ５５に入力される電圧に、電池２ｅの電圧を電解液の抵抗と、抵抗９２と感温素子２ａとによって分圧した電圧が上乗せされることになり、図５に示した充電特性から分かるように充電が進み電池温度が上昇しているのにも拘らず、Ａ／Ｄコンバータ５５に入力される電圧は上昇する。このため、マイコン５０は電池温度を実際の電池温度よりも低くみなし、電池温度が問題となる程上昇していたとしてもマイコン５０はこれを感知して充電を停止することができず、過充電となり電池組２の寿命を低下させてしまう恐れがある。本発明の目的は、上記欠点を解消し、被充電電池の異常を検出できる電池の充電装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電池温度検出手段の検出値を記憶する記憶手段と、記憶手段の出力値と電池温度検出手段の最新の検出値との差を演算する演算手段と、演算手段の出力が所定値以上であるとき被充電電池は異常状態であると判別する電池異常判別手段とを備えた構成とすることにより達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明電池の充電装置の一実施形態を図１の回路図、図２のフローチャートを用いて説明する。電源を投入するとマイコン５０は出力ポート５６をイニシャルセットし、電池組２の接続待機状態となる（ステップ１０１）。電池組２が接続されると、マイコン５０は出力ポート５６より充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達すると共に充電電流設定手段８０を介して、充電電流Ｉに対応する充電電流設定基準値ＶＩを設定し、充電電流設定基準値ＶＩを演算増幅器６２に印加し、充電電流Ｉで充電を開始する（ステップ１０２）。充電開始と同時に電池２ｅに流れる充電電流を電流検出手段３により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値ＶＩとの差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合はパルス幅を狭めたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定値Ｉに保つ。次いで、ＲＡＭ５３の電池温度記憶手段５３２の記憶データである１サンプリング前の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉ−１と電池異常判別用比較値ΔＶ１をイニシャルセットし（ステップ１０３）、サンプリングタイマをスタートさせる（ステップ１０４）。サンプリングタイマ時間Δｔが経過したらば、再度サンプリングタイマを再スタートさせ（ステップ１０５、ステップ１０６）、Ａ／Ｄコンバータ５５に入力された電圧を最新の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉｎとして取込み（ステップ１０７）、演算手段５１で最新の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉｎと電池温度記憶手段５３２の出力値Ｖｉ−１とを演算しΔＶを求める（ステップ１０８）。
【０００７】
次にステップ１０８で求めたΔＶと電池異常判別用比較値ΔＶ１とを比較する（ステップ１０９）。ステップ１０９において、ΔＶ＜ΔＶ１ならばステップ１１１に進み、電池温度記憶手段５３２の記憶データＶｉ−１に電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉｎを格納し、ステップ１１２に進み電池が満充電状態であるか否かの判断を行う。ステップ１０９において、ΔＶ≧ΔＶ１ならばステップ１１０で電池組２が異常状態であると判別し、ステップ１１３に進み充電を停止する。電池組２を充電したならば、Ａ／Ｄコンバータ５５に入力される電圧は、通常であれば電池組２の充電が進み電池温度が上昇する毎に小さくなっていく。すなわち、正常な状態の電池組２であればステップ１０８において求めたΔＶは負、もしくは０に近い値で、ステップ１０９においてΔＶ＜ΔＶ１となり電池組２が異常状態であると判別されることはない。これに対して、電池２ｅが電解液漏れを起こし電解液により正極端子２ｂと温度端子２ｄとが接続してしまった場合には、図５に示すようにＡ／Ｄコンバータ５５に入力される電圧は上昇するため、ステップ１０９においてΔＶ≧ΔＶ１となり電池組２が異常状態であると判断される。
【０００８】
ステップ１１２において電池組２が満充電状態であると判断したならば、ステップ１１３に進み出力ポート５６より充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達して充電を停止し、ステップ１１４で電池組２が取外されたことを感知したならばステップ１０１に戻る。
【０００９】
なお、正常な状態の電池組２でも充電周囲温度が電池温度より低いとき等には、稀にではあるがステップ１０８においてΔＶが正となる場合がある。このため、電池異常判別用比較値ΔＶ１は、サンプリングタイマ時間Δｔ、充電電流、電池種及び電池温度と充電周囲温度の差等を考慮した値に設定する必要がある。例えば、サンプリングタイマ時間Δｔが５秒である時には電池異常判別用比較値ΔＶ１は５Ｋ以上が適当である。また、満充電検出は周知の如く種々の検出方法があるが、例えばＡ／Ｄコンバータ５５に入力された電圧を電池温度に換算し充電開始からの電池の温度上昇値が所定の温度上昇値以上になるのを検出して充電を制御するΔＴ検出法、特開昭６２−１９３５１８号、特開平２−２４６７３９号、実開平３−３４６３８号公報等に記載されている充電時における所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）が所定値以上になるのを検出して充電を制御するΔＴ／Δｔ検出法等の満充電検出法を用いて行えば良い。
【００１０】
上記実施形態では電池温度記憶手段５３２に１サンプリング前の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉ−１を記憶させ、Ｖｉ−１と最新の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉｎとの差ΔＶを演算し、ΔＶによって電池組２が異常状態にあるか否かを判別するようにしたが、最新の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉｎと比較するデータは１サンプリング前の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉ−１に限定されるものではなく、例えば２サンプリング前の電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉ−２や図３で示すように過去の電池温度検出手段９０の検出値の中で最小の検出値Ｖｍｉｎ、あるいは図４で示すように充電開始時の電池温度検出手段９０の検出値Ｖ０等でも良く、上記実施形態と同様の効果を奏し得ることができる。また、電池温度記憶手段５３２に記憶する記憶データによって電池異常判別用比較値を設定する必要があり、図３及び図４に示す実施形態では電池異常判別用比較値は２０Ｋ以上が適当である。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、電池温度検出手段の出力値を記憶する記憶手段と、記憶手段の出力値と最新の電池温度検出手段の出力値との差を演算する演算手段と、演算手段の出力が所定値以上であるとき被充電電池が異常状態にあると判別する電池異常判別手段とを備えた構成としたので、被充電電池の異常を検出する電池の充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池の充電装置の一例を示す回路図。
【図２】本発明電池の充電装置の一実施形態を示すフローチャート。
【図３】本発明電池の充電装置の他の実施形態を示すフローチャート。
【図４】本発明電池の充電装置の他の実施形態を示すフローチャート。
【図５】充電装置により充電された電池の充電特性を示すグラフ。
【符号の説明】
２は電池組、２ａは感温素子、２ｂは正極端子、２ｃは負極端子、２ｄは温度端子、２ｅは電池、５０はマイコン、５５はＡ／Ｄコンバータ、９０は電池温度検出手段である。

Claims (4)

1. 直列に接続されて充電される複数の電池、電池に接触又は近接して設けられたサーミスタ等の感温素子、電池の正極、負極及び感温素子に接続された正極端子、負極端子及び温度端子を有する電池組を充電するものであって、感温素子を介して電池温度を電圧に変換して検出する電池温度検出手段を備え、電池温度検出手段の検出電圧が充電時に徐々に小さくなるようにし
   た電池の充電装置であって、
   前記電池温度検出手段の検出電圧値を記憶する記憶手段と、記憶手段の出力電圧値と電池温度検出手段の最新の検出電圧値との差を減算する演算手段と、演算手段の出力が負すなわち最新の検出電圧値が記憶手段の出力電圧値より大きくなったとき、電池組内で電解液が洩れて正極端子と温度端子が電解液により短絡されたと判別する電池異常判別手段とを備えたことを特徴とする電池の充電装置。
2. 前記記憶手段の出力電圧値を、ある一定時間前の電池温度検出手段の検出電圧値としたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装置。
3. 前記記憶手段の出力電圧値を、記憶している電池温度検出手段の検出電圧値の最小値としたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装値。
4. 前記記憶手段の出力電圧値を、充電開始時の電池温度検出手段の検出電圧値としたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装置。

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