JP3768106B2 - 充電器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池を充電する充電器に関し、とくに、メモリ効果を解消するための放電回路を備える充電器に関する。
【0002】
【従来の技術】
単三タイプ等の乾電池を電源に使用する電気機器は、単三タイプの二次電池を装着して使用することもできる。二次電池は、乾電池に代わって使用できるタイプ、すなわち、単一、単二、単三、単四タイプのものが市販されている。二次電池は、充電して何回も繰り返し使用できるので、乾電池を使用するのに比較して非常に経済的である。乾電池に代わって使用される二次電池は、放電されると電気機器から取り出して充電器にセットして充電される。また、電気機器に装着する状態で二次電池を充電するように設計することもできる。この状態で複数の二次電池を使用するとき、完全に放電しない状態で繰り返し充電すると、メモリ効果で二次電池の実質容量が小さくなる。メモリ効果は、現在最も一般的に使用されるニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池に発生する。メモリ効果は、電池が劣化したのではないので、深い放電をして解消できる。すなわち、メモリ効果で実質容量が小さくなった電池は、放電終止電圧まで深く放電して、実質容量を大きく回復できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
メモリ効果を解消するために電池を放電して充電する充電器は開発されている。この充電器は、充電器に装着される電池を直列に接続して放電終止電圧まで放電した後、充電を開始して満充電する。この充電器は、複数の電池のトータル電圧が放電終止電圧になるまで放電するので、全ての電池のメモリ効果をバランスよく解消できない。アンバランスな容量の電池を直列に接続してトータル電圧が放電終止電圧に低下するまで放電すると、残容量の少ない電池は過放電となり、残容量の大きい電池は深く放電できないからである。
【0004】
充電器に装着される複数の電池は、必ずしも残容量が同じではない。たとえば、複数の二次電池を電気機器に装着する場合、すべての二次電池は同じ電流で放電されるので、残容量は同じになるはずである。しかしながら、実際には、複数の電池を直列に接続して充放電を繰り返すと、残容量にアンバランスが発生する。残容量のアンバランスは、充放電を繰り返すにしたがって大きくなる。それは、複数の電池は電気的な性能を完全には同一にできないからである。充放電を繰り返して電池のアンバランスが大きくなるにしたがって残容量に差ができる。さらに、充電器に装着される電池は、必ずしも同じ環境で使用されたものではない。たとえば、異なる電気機器で放電した電池を装着して一緒に充電することがあり、また、異なる残容量となるまで放電した電池を一緒に装着して充電することもある。この場合、充電器に装着された電池には、放電を開始するときから、残容量に差がある。
【0005】
二次電池は、過充電と過放電の両方で劣化して寿命が短くなる。メモリ効果を解消して、実質的に充放電できる容量を大きくすることは大切であるが、メモリ効果を解消するためには、電池を深く放電する必要があるので、残容量の小さい電池は過放電となり、このことによってさらに容量が小さくなって寿命が短くなってしまう。容量が小さくなった電池を直列に接続して充放電すると、この電池は過充電と過放電を繰り返すことになって、加速度的に容量が小さくなって寿命が短くなる。
【0006】
したがって、メモリ効果を解消して電池の実質容量を大きくすることは大切であるが、電池性能を低下させないでメモリ効果を解消することが大切である。本発明は、残容量の少ない電池を劣化させることなく、複数の電池のメモリ効果を有効に解消できる充電器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の充電器は、複数の電池1を脱着できるように装着して、装着される電池1を充電する充電回路4を備える。さらに、充電器は、装着される各々の電池1を放電終止電圧まで放電できる放電回路5を備える。充電回路4は、放電回路5で放電終止電圧まで放電された各々の電池1を独立して満充電できる回路を備え、放電回路5で放電した各々の電池1を充電回路4で充電している。
【0009】
放電回路5は、電池1を連続放電させて、あるいはパルス放電させて放電終止電圧まで放電させることができる。放電回路5は、パルス放電切換電圧よりも高い電圧の電池1をパルス放電して放電し、パルス放電切換電圧よりも低い電池1を連続放電して放電することができる。パルス放電する放電回路5は、隣接する電池1を時間差ができるようにパルス電流を流してパルス放電することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発明は充電器を以下のものに特定しない。
【0012】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0013】
図1の平面図に示す充電器は、複数の電池1を脱着できるように装着する装着部2をケースに設けている。装着部2は、乾電池タイプ、すなわち、単三、単四、単二、単一タイプの電池1を装着できる形状であって、ここに装着される各々の電池1の+−の電極に接触する充電端子3を設けている。図の充電器は、装着部2の形状を、円筒型電池を装着できるようにしている。ただ、装着部は、角型電池やスリム電池を装着できる形状とすることもできる。装着部2に装着される電池1は、充電端子3を介して充電回路4に接続される。
【0014】
充電器の回路図を図2と図3に示す。これらの図の充電器は、各々の電池1を充電する充電回路4と、各々の電池1を放電する放電回路5とを備える。充電回路4は、充電電源部6と、この充電電源部6と充電端子3との間に接続されて充電電源部6を電池1に接続する充電スイッチ7と、充電スイッチ7をオンオフに制御する充電/放電制御部8とを備える。
【0015】
充電/放電制御部8は、充電している電池電圧で満充電を検出し、電池1が満充電されると充電スイッチ7をオフにして充電を終了させる。充電/放電制御部8は、いずれかひとつの充電スイッチ7をオンにして、次々と順番に複数の電池1を満充電する。このように、順番に複数の電池1を充電する充電器は、充電電源部6の出力を小さくできるので製造コストを低減できる。
【0016】
充電/放電制御部8は、電池電圧を検出して満充電を検出し、あるいは電池電圧がピーク電圧から低下するΔV低下を検出して満充電を検出する。メモリ効果で実質容量が低下する性質があるニッケル−水素電池とニッケル−カドミウム電池は、電池電圧がピークになるピーク電圧を検出し、あるいは、ピーク電圧からのΔV低下を検出して満充電を検出できる。
【0017】
放電回路5は、装着部2に装着される各々の電池1を、放電終止電圧まで放電してメモリ効果を解消する。ニッケル−水素電池とニッケル−カドミウム電池の放電終止電圧は、たとえば0.9〜1.2V、好ましくは約1Vに設定する。電池1のメモリ効果を解消するときは、放電回路5で電池1を放電終止電圧まで放電した後、充電回路4で各々の電池1を独立して満充電する。
【0018】
図2の充電器は、放電回路5が、各々の電池1を独立して放電できる複数組の放電ユニット9を備える。各々の放電ユニット9は、放電器10と放電スイッチ11を備える。放電器10は、放電スイッチ11を介して電池1に接続される。放電スイッチ11が充電/放電制御部8でオンオフに制御されて、電池1が放電される。放電スイッチ11がオンになると、電池1が放電器10に接続されて放電終止電圧まで放電される。充電/放電制御部8は、放電している電池1の電圧を検出し、電池電圧が放電終止電圧まで低下すると、放電スイッチ11をオンからオフに切り換えて放電を停止させる。
【0019】
充電/放電制御部8が放電スイッチ11を制御して電池1を放電する状態を図4〜図8に示す。図4は、充電/放電制御部8が放電スイッチ11を順番にオンに切り換えて、全ての電池1を放電する状態を示す。この図は4個の電池1を放電終止電圧まで放電する状態を示している。充電/放電制御部8は、常にひとつの放電スイッチ11をオンにし、その他の放電スイッチ11をオフにする。最初に第1の電池1に接続している放電スイッチ11をオンして、第1の電池1を放電終止電圧まで放電させる。この電池1の電圧が放電終止電圧まで低下すると、第1の電池1に接続している放電スイッチ11をオフに切り換え、続いて第2の電池1に接続している放電スイッチ11をオンにする。この状態で第2の電池1が放電終止電圧まで放電されると、この放電スイッチ11をオフにした後、続いて第3の電池1に接続している放電スイッチ11をオンに切り換える。この状態で第3の電池1を放電終止電圧まで放電した後、この放電スイッチ11をオフにして、第4の電池1に接続している放電スイッチ11をオンして、最後にこの電池1を放電終止電圧まで放電させる。以上のように充電/放電制御部8は、第1、第2、第3、第4と順番に、電池1を放電終止電圧まで放電してメモリ効果を解消する。この充電器は、複数の電池1を順番に放電するので放電回路5の発熱を少なくできる。
【0020】
図5は、充電/放電制御部8が全ての放電スイッチ11を一緒にオンに切り換えて、全ての電池1の放電を開始する。充電/放電制御部8は、放電している電池電圧を検出しており、電池電圧が放電終止電圧まで低下すると、その電池1に接続している放電スイッチ11をオフに切り換えて放電を停止させる。残容量の小さい電池1は、電圧低下が速いので、残容量の小さい電池1に制御している放電スイッチ11から順番にオフに切り換えられる。充電/放電制御部8がこのように放電スイッチ11を制御する充電器は、短時間で全ての電池1を放電終止電圧まで放電できる。
【0021】
図4と図5は、充電/放電制御部8が放電スイッチ11をオンに保持して、連続的に電流を流して放電させる。すなわち、連続放電して電池1を放電終止電圧まで放電する。充電/放電制御部8は、一定の周期で放電スイッチ11をオンオフに切り換えて、電池1をパルス放電して放電終止電圧まで放電することができる。図6は、全ての電池1に制御している放電スイッチ11を、一定の周期でオンオフに切り換えてパルス放電して放電終止電圧まで放電させる。パルス放電は、たとえば、0.5秒間はパルス電流を流して、0.5秒間は電流を流さない状態を繰り返して行う。このパルス放電は、周期が1秒で、電流を流すデューティが50%であるが、周期は0.1〜10秒とすることができ、また、電流を流すデューティは10〜50%とすることができる。この充電器は、複数の電池1を一緒にパルス放電させるので、回路の発熱を少なくして短時間で放電できる。
【0022】
図7は、各々の電池1をパルス放電した後、連続放電させて放電終止電圧まで放電させる。充電/放電制御部8は、放電スイッチ11を制御して、電池電圧がパルス放電切換電圧よりも高いときにパルス放電し、パルス放電切換電圧よりも低くなると連続放電して放電終止電圧まで放電させる。この充電器は、電池電圧が高くて放電電流が大きいときに、パルス放電して回路の発熱を少なくし、電池電圧が低下して放電電流が小さくなると連続放電させて速やかに放電終止電圧まで電圧を低下させる。したがって、回路の発熱を小さくしながら、全ての電池1を速やかに放電終止電圧まで放電できる。
【0023】
さらに、図8は、複数の電池1を一緒にパルス放電する状態において、充電/放電制御部8が放電スイッチ11を制御して、隣接する電池1を時間差ができるようにしてパルス放電する。このパルス放電は、隣の電池1に放電電流を流すときに電流を遮断し、隣の電池1の放電電流を流さないときにパルス電流を流すようにしたもので、隣接する電池1に交互に放電電流を流して放電する。このパルス放電は、隣接する電池1に、一緒に放電電流を流すことがないので、回路の発熱を少なくできる。さらに、図示しないが、たとえば、4本の電池1をパルス放電する充電器においては、充電/放電制御部8が放電スイッチ11を制御して、1本の電池1をパルス放電する電流のデューティを25%として、4本の電池1を順番にパルス電流を流しながら放電することもできる。
【0024】
さらに、図8は、パルス放電して電池電圧がパルス放電切換電圧まで低下すると、パルス放電から連続放電に切り換えて放電終止電圧まで放電して、メモリ効果を解消させる。
【0025】
図2と図3の充電器は、充電/放電制御部8に放電開始スイッチ12を接続している。放電開始スイッチ12が押されると、放電信号が充電/放電制御部8に入力される。充電/放電制御部8は、放電信号が入力されると、電池1の放電を開始してメモリ効果を解消する。電池1が装着部2に装着されて、放電信号が入力されない場合、充電/放電制御部8は、電池1を放電させることなく充電を開始する。この充電器は、必要なときに電池1を放電終止電圧まで放電してメモリ効果を解消する。したがって、メモリ効果で実質容量が低下していない電池1を放電することなく充電できる。ただ、本発明の充電器は、必ずしも放電開始スイッチ12を設ける必要はない。この充電器は、電池が装着される際に放電終止電圧まで放電して、その後に充電を開始するので、誰が使用しても電池のメモリ効果を確実に解消できる。
【0026】
図3の充電器は、放電回路5が、ひとつの放電ユニット9でもって、複数の電池1を並列に接続して放電する。この放電ユニット9は、放電器10と直列に放電スイッチ11を接続しており、放電スイッチ11を介して放電器10を電池1に接続している。放電ユニット9は、ダイオード13で分岐して電池1に接続している。ダイオード13は、電池1を放電する方向に接続している。放電スイッチ11は、充電/放電制御部8に制御される。
【0027】
この充電器は、全ての電池1を並列に接続して放電終止電圧まで放電する。放電される各々の電池1は、残容量が異なり、電池電圧も同一ではないが、ダイオード13を介して並列に接続されるので、同じ電圧で放電される。この充電器は、残容量が少なくて電圧の低い電池の放電電流が小さく、残容量が大きくて電圧の高い電池の放電電流が大きくなる。残容量が大きくて電圧の高い電池が、放電器10の電圧を高くするからである。したがって、放電器10の電圧が放電終止電圧になるまで放電して放電スイッチ11をオフに切り換えると、全ての電池1は放電終止電圧まで放電される。ただし、ダイオード13の両端には、約0.6Vの電圧が発生するので、放電終止電圧をダイオード13の電圧に相当する電圧だけ高く設定する。
【0028】
この充電器も、充電/放電制御部8でもって放電スイッチ11を一定の周期でオンオフして、電池1をパルス放電し、あるいは連続的にオン状態として、連続放電させることができる。パルス放電は、回路の発熱を小さくでき、連続放電は、速やかに放電終止電圧まで放電できる。
【0029】
以上の充電器は、図9のフローチャートで4個の電池1を放電終止電圧まで放電してメモリ効果を解消する。このフローチャートは、図2に示すように、4個の電池1を4チャンネルの装着部2にセットして、図4に示すように電池1を順番に放電終止電圧まで放電する工程を示している。
【0030】
[S1のステップ]
このステップにおいて、放電開始スイッチ12が押されたかどうかを判別し、放電開始スイッチ12が押されるまでこのステップをループする。このため、放電開始スイッチ12が押されるまで、充電器はメモリ効果を解消するための放電をしない。
[S2のステップ]
放電開始スイッチ12が押されると、このステップでチャンネル1の放電スイッチ11をオンに切り換える。チャンネル2〜4の放電スイッチ11はオフに保持される。
[S3のステップ]
放電しているチャンネル1の電池1の電圧を検出し、電池電圧が放電終止電圧に低下するまで、このステップをループする。
[S4のステップ]
チャンネル1の電池1の電圧が放電終止電圧まで低下すると、このステップでチャンネル1の放電スイッチ11をオフにして放電を終了する。
[S5のステップ]
続いて、チャンネル2の放電スイッチ11をオンに切り換えて、この放電スイッチ11に接続している電池1の放電を開始する。
[S6のステップ]
放電しているチャンネル2の電池1の電圧を検出し、電池電圧が放電終止電圧に低下するまで、このステップをループする。
[S7のステップ]
チャンネル2の電池1の電圧が放電終止電圧まで低下すると、このステップでチャンネル2の放電スイッチ11をオフにして放電を終了する。
[S8のステップ]
続いて、チャンネル3の放電スイッチ11をオンに切り換えて、この放電スイッチ11に接続している電池1の放電を開始する。
[S9のステップ]
放電しているチャンネル3の電池1の電圧を検出し、電池電圧が放電終止電圧に低下するまで、このステップをループする。
[S10のステップ]
チャンネル3の電池1の電圧が放電終止電圧まで低下すると、このステップでチャンネル3の放電スイッチ11をオフにして放電を終了する。
[S11のステップ]
続いて、チャンネル4の放電スイッチ11をオンに切り換えて、この放電スイッチ11に接続している電池1の放電を開始する。
[S12のステップ]
放電しているチャンネル4の電池1の電圧を検出し、電池電圧が放電終止電圧に低下するまで、このステップをループする。
[S13のステップ]
チャンネル4の電池1の電圧が放電終止電圧まで低下すると、このステップでチャンネル4の放電スイッチ11をオフにして放電を終了する。
【0031】
以上のステップで、4個の電池1を放電終止電圧まで放電してメモリ効果を解消する放電を終了する。その後、各々の電池1を満充電する。
【0032】
図10のフローチャートは、4個の電池1を放電終止電圧まで放電してメモリ効果を解消するのであるが、このフローチャートは、4個の電池1を4チャンネルの装着部2にセットして、図5に示すように、最初に電池1を一緒に放電する工程を示している。
【0033】
[S1のステップ]
このステップにおいて、放電開始スイッチ12が押されたかどうかを判別し、放電開始スイッチ12が押されるまでこのステップをループする。このため、放電開始スイッチ12が押されるまで、充電器はメモリ効果を解消するための放電をしない。
[S2のステップ]
放電開始スイッチ12が押されると、このステップでチャンネル1〜4の全ての放電スイッチ11をオンに切り換える。
[S3〜5のステップ]
チャンネル1の電池1の放電が終了したかどうかを判別し、放電が終了していないとS4のステップに移行して、チャンネル1の電池電圧を検出し、検出した電圧が放電終止電圧よりも小さいかどうかを判別する。電池1の電圧が放電終止電圧よりも小さいと、S5のステップに移行して、チャンネル1の放電スイッチ11をオフにして、チャンネル1の電池1の放電を終了する。
[S6〜8のステップ]
チャンネル2の電池1の放電が終了したかどうかを判別し、放電が終了していないとS7のステップに移行して、チャンネル2の電池電圧を検出し、検出した電圧が放電終止電圧よりも小さいかどうかを判別する。電池1の電圧が放電終止電圧よりも小さいと、S8のステップに移行して、チャンネル2の放電スイッチ11をオフにして、チャンネル2の電池1の放電を終了する。
[S9〜11のステップ]
チャンネル3の電池1の放電が終了したかどうかを判別し、放電が終了していないとS10のステップに移行して、チャンネル3の電池電圧を検出し、検出した電圧が放電終止電圧よりも小さいかどうかを判別する。電池1の電圧が放電終止電圧よりも小さいと、S11のステップに移行して、チャンネル3の放電スイッチ11をオフにして、チャンネル3の電池1の放電を終了する。
[S12〜14のステップ]
チャンネル4の電池1の放電が終了したかどうかを判別し、放電が終了していないとS13のステップに移行して、チャンネル4の電池電圧を検出し、検出した電圧が放電終止電圧よりも小さいかどうかを判別する。電池1の電圧が放電終止電圧よりも小さいと、S14のステップに移行して、チャンネル4の放電スイッチ11をオフにして、チャンネル4の電池1の放電を終了する。
[S15のステップ]
その後、全チャンネルの電池1の放電が終了したかどうかを判別し、いずれかの電池1の放電が終了していないと、S3のステップにジャンプし、全ての電池1の放電が終了すると、放電を終了したとして、次の充電工程に移行する。
【0034】
図11は、充電器が、電池1を放電した後に充電するフローチャートを示している。この図のフローチャートは、放電開始スイッチ12が押されて、全ての電池1を放電終止電圧まで放電してメモリ効果を解消した後、一定時間経過するのを待って、充電を開始する。このフローチャートは、放電を終了してから充電を開始するまでの時間を5分としている。このフローチャートに示すように、放電を終了した後、一定時間経過してから充電を開始する充電器は、放電で発熱した電池1を冷却して充電を開始できる。ただ、本発明の充電器は、放電を終了した後、ただちに充電を開始することもできる。とくに、パルス放電して放電させた電池1は発熱も少なく、ただちに充電を開始するのに適している。
【0035】
図10のフローチャートは、複数の電池1を一緒に放電させるので、図3に示す充電器で電池1を放電することもできる。ただ、図3の充電器は、ひとつの放電スイッチ11で充電を終了するので、ダイオード13を介して並列に接続している全ての電池1の電圧が放電終止電圧に低下すると放電スイッチ11をオフにして放電を終了する。
【0036】
【発明の効果】
本発明の充電器は、残容量の少ない電池を劣化させることなく、複数の電池のメモリ効果を有効に解消できる特長がある。それは、本発明の充電器が、装着される各々の電池を放電できる放電回路を備えており、放電回路で放電終止電圧まで放電された各々の電池を充電回路で充電しているからである。この充電器は、残容量がアンバランスな複数の電池を装着しても、各々の電池を放電回路で放電終止電圧まで放電できるので、残容量の少ない電池を過放電することなく、また残容量の多い電池を深く放電できる。したがって、本発明の充電器は、残容量がアンバランスな複数の電池を装着しても、残容量の少ない電池の電池性能を低下させることなく、複数の電池のメモリ効果を有効に解消して電池の実質容量を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の充電器の平面図
【図2】本発明の実施例の充電器の回路図
【図3】本発明の他の実施例の充電器の回路図
【図4】充電/放電制御部が電池の放電を制御する状態を示すタイミングチャート図
【図5】充電/放電制御部が電池の放電を制御する他の一例を示すタイミングチャート図
【図6】充電/放電制御部が電池の放電を制御する他の一例を示すタイミングチャート図
【図7】充電/放電制御部が電池の放電を制御する他の一例を示すタイミングチャート図
【図8】充電/放電制御部が電池の放電を制御する他の一例を示すタイミングチャート図
【図9】本発明の実施例の充電器が図4に示す状態で電池を放電終止電圧まで放電する工程を示すフローチャート
【図10】本発明の実施例の充電器が図5に示す状態で電池を放電終止電圧まで放電する工程を示すフローチャート
【図11】本発明の実施例の充電器が電池を放電した後に充電する状態を示すフローチャート
【符号の説明】
1…電池
2…装着部
3…充電端子
4…充電回路
5…放電回路
6…充電電源部
7…充電スイッチ
8…充電/放電制御部
9…放電ユニット
10…放電器
11…放電スイッチ
12…放電開始スイッチ
13…ダイオード
Claims (3)
- 複数の電池(1)を脱着できるように装着して、装着される電池(1)を充電する充電回路(4)を備える充電器において、
ひとつの放電開始スイッチ(12)の操作により、装着される全ての電池(1)の放電を開始し、各々の電池(1)を放電終止電圧まで放電できる放電回路(5)を備えており、充電回路(4)は、放電回路(5)で放電終止電圧まで放電された各々の電池(1)を独立して満充電できる回路を備え、放電回路(5)で放電した各々の電池(1)を充電回路(4)で充電するようにしてなり、
放電回路 (5) が、パルス放電切換電圧よりも高い電圧の電池 (1) をパルス放電して放電し、パルス放電切換電圧よりも低い電池 (1) を連続放電して放電することを特徴とする充電器。 - 放電回路(5)が、隣接する電池(1)を時間差ができるようにパルス電流を流してパルス放電する請求項1に記載される充電器。
- 複数の電池(1)を脱着できるように装着して、装着される電池(1)を充電する充電回路(4)を備える充電器において、
ひとつの放電開始スイッチ(12)の操作により、装着される全ての電池(1)の放電を開始し、各々の電池(1)を放電終止電圧まで放電できる放電回路(5)を備えており、充電回路(4)は、放電回路(5)で放電終止電圧まで放電された各々の電池(1)を独立して満充電できる回路を備え、放電回路(5)で放電した各々の電池(1)を充電回路(4)で充電するようにしてなり、
放電回路 (5) が、電池 (1) をパルス放電させて放電終止電圧まで放電させ、
放電回路 (5) が、隣接する電池 (1) を時間差ができるようにパルス電流を流してパルス放電することを特徴とする充電器。
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