JP3705987B2 - 充電装置、アダプタ及び二次電池 - Google Patents

充電装置、アダプタ及び二次電池 Download PDF

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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を充電する充電装置、及び、充電装置と二次電池との間に介在して充電を行わしめるアダプタ、及び、充電装置を制御して充電を行わしめる二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、充電装置は、マイクロコンピュータを用いることで、電池の特性に合わせた最適な制御を実現している。1の充電装置にて、複数種類の電池を充電する際には、マイクロコンピュータに充電対象となる各電池に対応した制御プログラムが保持され、充電対象となった電池の特性に対応する制御プログラムに基づいて充電を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、予め記憶されたプログラムに応じてのみ充電を行い得るため、プログラムの用意されていない電池は充電することができなかった。即ち、充電装置には、当該充電装置の設計時点に存在している二次電池を充電するためのプログラムが用意され、それ以降に開発されたより高性能な電池は、適切に充電することができなかった。
【0004】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、あらゆる特性の電池を適切に充電し得る充電装置を提供することにある。
【0005】
また、本発明のアダプタの目的とするところは、ROMを内蔵する二次電池を充電するための充電装置にて、ROMを有しない二次電池を充電可能にするアダプタを提供することにある。
【0006】
また、本発明の二次電池の目的とするところは、当該二次電池に対応していない充電装置を用いて適切に充電できる二次電池を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1は、充電電流又は充電電圧を制御する充電電源部と、
前記充電電源部を制御する制御部と、
二次電池の装填を検出する装填検出部と、
二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、
二次電池の温度を検出する温度検出部と、
外部機器との通信を行う通信部とを備える充電装置であって、
前記制御部が、前記装填検出部により二次電池の装填を検出した際に、前記電圧検出部により検出された電圧と、前記温度検出部により検出された温度に基づき前記充電電源部を制御して当該二次電池を充電し、
前記通信部を介して外部機器からの指令を受信した際に、当該指令に基づき前記充電電源部を制御し
前記制御部が、通信を介しての外部機器からの問い合わせに対して、充電電源部の能力に関する情報を返信することを技術的特徴とする。
【0008】
請求項1では、制御部が、外部機器からの指令を受信した際に、当該指令に基づき充電電源部を制御するため、外部機器から制御することで、当該充電装置では適正に充電し得ない二次電池を、適正に充電することが可能となる。
【0009】
請求項では、制御部が、通信を介しての外部機器からの問い合わせに対して、充電電源部の能力に関する情報を返信する。このため、充電装置の能力に合わせて、外部機器から制御することで、最適の充電を行うことが可能になる。
【0010】
請求項は、遠隔操作機能を有しROMを内蔵する二次電池を充電する充電装置と、ROMを有しない二次電池との間に介在するアダプタであって、
前記ROMを有しない二次電池を検出した際に、前記充電装置を遠隔操作し、前記充電装置から送られた該充電装置の充電電源部の能力に関する情報を基に、当該能力に適応させて当該二次電池の充電を行うことを技術的特徴とする。
【0011】
請求項は、ROMを有しない二次電池を検出した際に、充電装置を遠隔操作するため、ROMを内蔵する二次電池を充電する充電装置にてROMを有しない二次電池の充電が可能になる。このため、充電装置の能力に合わせて、アダプタから制御することで、最適の充電を行うことが可能になる。
【0012】
請求項の二次電池は、遠隔操作機能を有する充電装置に対して遠隔操作を行い充電電流又は電圧を制御する制御部と、
前記充電装置との通信を行う通信部と、を内蔵することを技術的特徴とする。
【0013】
請求項の二次電池は、充電装置に対して遠隔操作を行い充電電流又は電圧を制御するため、適応し得ない充電装置で適正に充電することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る充電装置等について図を参照して説明する。
充電装置10は、ROMを備える電池パック50のみを充電し得るように構成されている。第1実施形態では、この充電装置10を、アダプタ30を介在させることで、ROMを備えない電池パック50Bを充電させる。図1(A)は、充電装置10にEEPROM61を備える電池パック50が装填された状態を示すブロック図である。他方、図1(B)は、当該充電装置10にアダプタ30を介してROMを備えない電池パック50Bが接続された状態を示すブロック図である。図2は、該充電装置10の外観を示す。図3は、EEPROM61を備える電池パック50の外観を示し、図4は、該電池パック50により駆動される電池ドリル70を示す。一方、図5は、ROMを備えない電池パック50Bの外観を示し、図6は、該電池パック50Bにより駆動される電池ドリル70Bを示す。図7は、充電装置10にアダプタ30を介してROMを備えない電池パック50Bが取り付けられた状態を示している。
【0015】
まず、充電装置10により直接充電され得るEEPROM61を備える電池パック50の構成を図3に基づいて説明する。
電池パック50は、略角柱状に形成された樹脂製のケーシング51内に、図1(A)に示すように複数電気的に直列に接続されたニッケル水素電池58を内蔵するもので、電池58の温度を検出するための温度センサTMと、該電池パックの形式等の情報を保持するEEPROM61とを備える。温度センサTMは、温度によって電気抵抗値が変化するサーミスタからなる。
【0016】
図3に示すように、電池パック50のケーシング51の上端側には、電池ドリル70や充電装置10に装着する際に相手側に嵌合可能な嵌合溝53を形成した嵌入部52がレール状に並列して設けられている他、嵌入部52の一端側に位置する部位には上下方向に出入可能なフック54が設けられている。このフック54は、ケーシング51の側面に設けられるレバー55と一体に成形され、図示しないコイルばねにより突出方向に付勢されている。そのため、電池ドリル70や充電装置10に電池パック50を装着したとき、これらに形成されている所定のフック溝に係合することができる。
【0017】
これにより、電池ドリル70や充電装置10から電池パック50が容易に外れないようにする役割を果たす。また、コイルばねの付勢力に抗してレバー55をケーシング51の下端方向に押し下げることによって、フック54も引っ込むように下端方向に移動するので、フック溝との係合が解除され、電池ドリル70や充電装置10から電池パック50を取り外すことが可能になる。
【0018】
また、ケーシング51の上端側には、嵌入部52に挟まれるように位置するところに通気口56、プラス端子溝57、マイナス端子溝59およびコネクタ60が設けられている。通気口56は、充電装置10に電池パック50を装着したとき、充電装置10に設けられた送風口16と連通可能な位置に形成されている。これにより、充電装置10に内蔵された冷却ファンによって電池パック50内に空気を送出し得るため、充電中の電池パック50を冷却することができる。つまり、充電装置10による空冷システムを構築している。
【0019】
一方、プラス端子溝57、マイナス端子溝59の中には、図示しないプラス端子、マイナス端子がそれぞれ設けられており、電池ドリル70や充電装置10に電池パック50を装着したときに、これらの端子が相手側の受電端子や出力端子と接触し得るように構成されている。そして、コネクタ60の内部には、図1(A)に示す温度センサTM、EEPROM61を接続するための端子が備えられている。
【0020】
上述のように構成された電池パック50は、図4に示すように、電池ドリル70に装着されて使用される。電池ドリル70は、使用者が把持可能なグリップ部74よりも下方に電池パック取付部75が形成されている。そして、この電池パック取付部75には、電池パック50の嵌入部52と係合可能な嵌合部と、電池パック50のフック54が係合可能な所定のフック溝とが形成されているので、かかる電池パック取付部75に電池パック50が脱着自在に取り付られる。
【0021】
このようにして電池パック50が装着された電池ドリル70は、電池パック50のプラス端子およびマイナス端子が電池ドリル70側のそれぞれの受電端子に接続されるので、両端子から電力の供給を受けることができる。これにより、図示しないモータによってチャック76を回動させることができる。
【0022】
図5は、EEPROMを備えない電池パック50Bの外観を示している。ニッケル水素電池を内蔵する電池パック50Bは、略円筒状に形成された嵌入部52Bと、略角柱状に形成された基部55Bとから成り、該嵌入部52Bの側方には、キー状のキー部54Bが形成され、上部には、電池の正極側に接続されたプラス端子t1と、負極側に接続されたマイナス端子t2と、サーミスタから成る温度センサTMに接続されたセンサ端子t3とが配設されている。
【0023】
図6は、図5に示す電池パック50B用の電気ドリル70Bを示している。電池ドリル70Bは、電池パック50Bの嵌入部52Bを嵌入する嵌入孔72Bが形成されており、電池パック50Bのプラス端子t1及びマイナス端子t2から電力の供給を受けて、図示しないモータによりチャック76Bを回動するように構成されている。
【0024】
続いて、EEPROM61を備える電池パック50を直接充電する充電装置10の構成を図1(A)および図2に基づいて説明する。
図2に示すように、充電装置10は樹脂製の筐体11を有し、この筐体11には、電池パック50を装着可能な嵌合部12や、内蔵した冷却ファンにより電池パック50内へ送り込む空気を外部から吸気し得る吸気口13等が一体に成形されている。また充電装置10の筐体11には、充電中の電池パック50の容量を表示する容量表示ランプや、充電装置10の動作状況を示す状態表示ランプ等、種々の図示しないインジケータが設けられており、これらは後述する制御回路によって点灯制御されている。
【0025】
嵌合部12には、電池パック50の嵌合溝53を案内可能なガイド14および電池パック50の通気口56に連通可能な送風口16が形成されており、さらにこの送風口16には電池パック50のフック54が係合可能な所定のフック溝も設けられている。またこの嵌合部12には、電池パック50のプラス端子、マイナス端子に対応して電気的に接続可能な出力端子が設けられており、さらに電池パック50のコネクタ60に接続可能な図示しないコネクタが設けられている。これにより、充電装置10内の制御回路は、電池パック50から所定の温度情報等をこのコネクタを介して得ることができる。
【0026】
図1(A)に示すように、充電装置10の制御回路は、主に、充電電源部を構成し得る電源回路22、充電電流制御部24、制御部26、装填検出部を構成し得る電圧検出部27、装填検出部を構成し得る温度検出部28、記憶部29等から構成される。
まず、電源回路22は、電池パック50の電池58を充電可能な容量を有するように設定されている。温度検出部28は、充電中の電池温度を温度センサTMにより検出可能に構成されており、電圧検出部27は、電池電圧を検出できるように構成されている。一方、記憶部29は所定のマップ等の電流値制御情報を記憶するものである。
【0027】
制御部26は、温度検出部28から出力された温度値を微分して温度上昇値を求めたうえで記憶部29の電流値制御情報に基づいて所定の電流値を算出し、この電流値を電流指令値として充電電流制御部24へ出力し得るように構成されている。そして、充電電流制御部24は、制御部26からの電流指令値に基づき電源回路22を制御し、電池パック50の充電電流を調整するようにも構成されている。
【0028】
なお、上述した電源回路22、充電電流制御部24、制御部26、電圧検出部27、温度検出部28、記憶部29等は、本願出願人による先の特許出願(特願平11−081247号)に開示する充電装置の構成と実質的に同様であり、温度センサTMにより電池58の温度を検出しその検出温度に基づいて充電電流を制御して充電を行う構成である。
【0029】
このように構成された充電装置10の嵌合部12に電池パック50が装着されると、所定のアルゴリズムによって制御部26が、電源回路22、充電電流制御部24、電圧検出部27、温度検出部28、記憶部29等を制御し、電池パック50内の電池58を充電する。そして、充電中は電池パック50の容量を表示する容量表示ランプを点灯させ、また充電が完了すると、充電を停止しその旨を同ランプにより告知する。また、制御部26は、通信部を構成し得る通信ポート26aを備え、後述するようにアダプタ30からの制御により、充電等の各種動作を行い得るように構成されている。
【0030】
図7は、本発明の第1実施形態に係るアダプタ30を示し、図1(B)は、アダプタ30及び充電装置10の制御回路のブロックを示している。アダプタ30は、充電装置10と電池パック50Bとの間に介在し、ROMを有しない電池パック50Bの充電装置10による充電を可能ならしめる。
【0031】
図7に示すように、アダプタ30の下面には、図2を参照して上述した充電装置10の嵌合部12に嵌合可能な嵌合部32が形成されており、上面には、図5を参照して上述したROMを備えない電池パック50Bの嵌入部52Bを嵌入可能な嵌入孔38が形成され、側面には、レバー36にて上下方向に付勢されるフック34が設けられている。
【0032】
アダプタ30の下面の嵌合部32には、充電装置10のプラス出力端子、マイナス出力端子、及び、コネクタと接続するための図示しないプラス受電端子、マイナス受電端子、及び、コネクタが設けられている。上面の嵌入孔38には、図5に示す電池パック50Bのプラス端子t1、マイナス端子t2、及び、センサ端子t3と接続するための図示しないプラス出力端子、マイナス出力端子、及び、センサ端子が設けられている。側面のフック34は、充電装置10のフック溝18と係合することで、充電装置10とアダプタ30との接続がなされる。
【0033】
アダプタの制御回路は、図1(B)に示すように、制御部41と、温度を検出するための温度検出部47と、電池58の電圧を検出する電圧検出部43とから主としてなる。該制御回路は、充電装置10側からの電力の供給を受けて動作するように構成されている。第1実施形態のアダプタ30の制御部41は、通信機能を有し、充電装置10の制御部26との間で情報通信を行う。即ち、通信ポート41aを介して充電装置10の制御部26の通信ポート26aとの通信を確立する。
【0034】
引き続き、アダプタ30及び充電装置10の充電動作について、図8、図9のフローチャートを参照して説明する。図8はアダプタ30の主制御を示し、図9は充電装置の主制御を示している。
【0035】
アダプタ30の制御動作の説明に先立ち、充電装置の動作について図9のフローチャートを参照して説明する。充電装置10は、EEPROM61を備える電池パック50が装填された際には、自らの制御プログラムに従い充電を行い、アダプタ30が装填された際には、アダプタ30からの指令に従い電源回路22から指令値に応じた電流を供給する。
【0036】
まず、図1(A)に示すようにアダプタ30が装着されない際の動作について説明する。アダプタ30が装着されないで(図9に示すS52:No)、図1(A)に示すように充電装置10に電池パック50が直接装填されると、制御部26は、電圧検出部27にて電池電圧を検出すること、および/または、温度検出部28にて電池温度を検出することにより装填を検出し(S64:Yes)、EEPROM61の情報を読み出す(S66)。次に、記憶部10に保持されている各電池パック用の制御プログラム内の当該電池パック50の型式に適合する制御プログラムを検索する(S68)。そして、電圧検出部27及び温度検出部28により電池58の電圧・温度を検出する(S70)。電池電圧・温度に基づき充電を完了したかを判断し(S72)、充電が完了するまでは(S72:No)、電池電圧・温度に基づき決定した充電電流を電源回路22から電池58へ供給する。即ち、上述したように温度検出部28から出力された温度値を微分して温度上昇値を求めたうえで記憶部29の制御プログラムに基づいて所定の電流値を算出し、この電流値を電流指令値として充電電流制御部24へ出力し、充電電流を制御する。そして、電池温度及び電圧に基づき充電の完了を検出すると(S72:Yes)、充電を停止し(S80)、処理を終了する。
【0037】
次に、図1(B)に示すようにアダプタ30が充電装置10と電池パック50Bとの間に介在している際の動作について図8及び図9を参照して説明する。
アダプタ30の制御部41は、充電装置10へ装填されたことを検出すると(図8に示すS12:Yes)、充電装置10側の制御部26との通信を開始する(S14)。先ず、充電装置の制御部26に対して、最大供給電流等の充電装置の性能を問い合わせる。これに応答して(図9に示すS54:Yes)、充電装置の制御部26は、性能のデータをアダプタ30の制御部41へ転送する(S56)。これにより、アダプタ30側では、当該充電装置の性能を認識する(図8に示すS16)。
【0038】
そして、図1(B)に示すようにアダプタ30に電池パック50が装填されると、制御部41は、電圧検出部43にて電池電圧を検出すること、および/または、温度検出部47にて電池温度を検出することにより装填を検出し(S18:Yes)、充電を開始させる。先ず、アダプタ30の制御部41は、電圧検出部43及び温度検出部47により電池58の電圧・温度を検出する(S22)。そして、電池電圧・温度に基づき充電を完了したかを判断し(S24)、充電が完了するまでは(S24:No)、電池電圧・温度に基づき決定した充電電流値の指令を、充電装置10側の制御部26へ送出する(S26)。
【0039】
充電装置10の制御部26は、アダプタ30が装着されている際には(図9に示すS52:Yes)、アダプタ30からの指令に待機している(S60)、そして、上述したようにアダプタ30から充電電流値の指令を受けると(S60:Yes)、当該指令値に応じて電源回路22を制御し、電池パック50B側へ充電電流を供給する(S62)。
【0040】
そして、充電の完了をアダプタ30の制御部41が検出すると(図8に示すS24:Yes)、充電停止を指定する(S28)。これに応じて、充電装置10は充電を終了する(図9に示すS62)。
【0041】
この第1実施形態では、充電装置10の制御部26が、アダプタ30の制御部41からの指令を受信した際に、当該指令に基づき電源回路24を制御するため、アダプタ30から制御することで、当該充電装置10では充電し得ないROMを有しない電池パック50Bを、充電することが可能となる。即ち、アダプタ30は、電池パック50Bを検出した際に、充電装置を遠隔操作するため、ROMを内蔵する電池パック50を充電する充電装置10にてROMを有しない電池パック50Bの充電が可能になる。
【0042】
また、本実施形態の充電装置の制御部26は、通信を介してのアダプタ30からの問い合わせに対して、電源回路の能力に関する情報を返信する。このため、充電装置の能力を最大限生かすようにアダプタ30側から制御することで、充電を最適に行うことが可能になる。
【0043】
引き続き、第2実施形態に係るアダプタ130について、当該アダプタ130のブロック図である図10を参照して説明する。この第2実施形態では、アダプタ130内にEEPROM61を備え、該EEPROM61のデータに基づき充電装置がROMを有しない電池パック50Bを充電するように構成されている。かかる簡易な構成によっても、当該充電装置10では充電し得ない電池パック50Bを、充電することが可能となる。この第2実施形態では、充電装置10が遠隔操作機能を備えなくとも実現できる。
【0044】
引き続き、本発明の第3実施形態に係るアダプタ230について、当該アダプタ230のブロック図である図11を参照して説明する。充電装置10は、第1実施形態の充電装置と同じである。一方、電池パック50Cには、EEPROM61が備えられているが、当該電池パック50Cの充電特性に対応する制御プログラムは、充電装置10側には保持されていない。他方、アダプタ230の制御部41には、当該電池パック50Cの充電特性に対応する制御プログラムが保持されている。ここで、アダプタ230に、電池パック50Cが装填されると、アダプタ230の制御部41は、ポート41bから電池パック50CのEEPROM61の内容を読み出し、当該内容に対応する制御プログラムを検索した後、充電装置10を遠隔操作して第1実施形態と同様に充電を行う。
【0045】
この第3実施形態の構成では、アダプタ30の制御部41が、電池パック50CのEEPROM61の内容に応じて、充電装置10を遠隔操作するため、当該充電装置10では適正に充電し得ない電池パック50Cを、適正に充電することが可能となる。
【0046】
引き続き、本発明の第4実施形態に係る電池パック150について、当該電池パック150のブロック図である図12を参照して説明する。第4実施形態では、第1実施形態のアダプタに備えられたと同様な制御部62が電池パック150側に配設されている。該制御部62は、通信部を構成し得る通信ポート62aを介して充電装置の制御部26の通信ポート26aとの通信を確立し、温度情報、電池温度等の情報を受信して、電流値を指令し、自らの充電を行う。
【0047】
この第4実施形態の構成では、充電装置10側に電池パックの充電用のデータを全く備えることなく、最適な充電を行うことが可能になる。
【0048】
通信機能を備える本発明の充電装置は、各種の外部機器からの指令に従い制御を行い得る。このため、製造工程の最終段階で、外部の試験装置から制御部26へ制御指令、例えば、各LEDの点灯、冷却ファンの回転等の制御指令を与えることで当該動作を行わしめ得る。即ち、動作試験をそれぞれ専用のテスターを用いることなく行うことができるため、動作試験が非常に簡単になる。
【0049】
更に、上述した実施形態においては、アダプタ、電池パックから充電装置を遠隔操作する例を挙げたが、通信機能を備える本発明の充電装置は、コンピュータの通信回線等を介しての遠隔操作も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は、本発明の第1実施形態に係る充電装置の制御回路及び電池パックを示すブロック図であり、図1(B)は、充電装置、アダプタの制御回路及び電池パックを示すブロック図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る充電装置の外観を示す斜視図である。
【図3】ROMを備える電池パックの外観を示す斜視図である。
【図4】図3に示す電池パックを用いる電池ドリルの側面図である。
【図5】ROMを備えない電池パックの外観を示す斜視図である。
【図6】図5に示す電池パックを用いる電池ドリルの側面図である。
【図7】本実施形態に係るアダプタの側面図である。
【図8】第1実施形態に係るアダプタの制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【図9】本実施形態に係る充電装置の制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【図10】本発明の第2実施形態に係る充電装置及びアダプタの制御回路を示すブロック図である。
【図11】本発明の第3実施形態に係る充電装置及びアダプタの制御回路を示すブロック図である。
【図12】本発明の第4実施形態に係る充電装置及び電池パックの制御回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 充電装置
22 電源回路(充電電源部)
26 制御部
26a 通信ポート(通信部)
27 電圧検出部(装填検出部)
28 温度検出部(装填検出部)
30 アダプタ
41 制御部
41a 通信ポート
50 電池パック
50B 電池パック
50C 電池パック
58 電池
61 EEPROM(ROM)
62 制御部
62a 通信ポート(通信部)
70 電池ドリル
130 アダプタ
150 電池パック
230 アダプタ
TM 温度センサ

Claims (3)

  1. 充電電流又は充電電圧を制御する充電電源部と、
    前記充電電源部を制御する制御部と、
    二次電池の装填を検出する装填検出部と、
    二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、
    二次電池の温度を検出する温度検出部と、
    外部機器との通信を行う通信部とを備える充電装置であって、
    前記制御部が、前記装填検出部により二次電池の装填を検出した際に、前記電圧検出部により検出された電圧と、前記温度検出部により検出された温度に基づき前記充電電源部を制御して当該二次電池を充電し、
    前記通信部を介して外部機器からの指令を受信した際に、当該指令に基づき前記充電電源部を制御し
    前記制御部が、通信を介しての外部機器からの問い合わせに対して、充電電源部の能力に関する情報を返信することを特徴とする充電装置。
  2. 遠隔操作機能を有しROMを内蔵する二次電池を充電する充電装置と、ROMを有しない二次電池との間に介在するアダプタであって、
    前記ROMを有しない二次電池を検出した際に、前記充電装置を遠隔操作し、前記充電装置から送られた該充電装置の充電電源部の能力に関する情報を基に、当該能力に適応させて当該二次電池の充電を行うことを特徴とするアダプタ。
  3. 遠隔操作機能を有する充電装置に対して遠隔操作を行い充電電流又は電圧を制御する制御部と、
    前記充電装置との通信を行う通信部と、を内蔵することを特徴とする二次電池。
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