JP3842075B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池を充電する充電装置に関し、特に、充電完了までの時間を表示できる充電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
充電完了までの時間を表示する充電装置が種々提案されている。例えば、特開平10−178747号、特許2836677号、特開平10−172616号、特開平11−89105号、特開平11−206024号、特開2001−16794号等がある。特開平10−178747号では、前回の充電時間を記憶しておき、新たに充電する際に前回の充電時間に基づき充電を算出して表示する技術が開示されている。特許2836677号では、充電電圧特性曲線及び充電電流特性曲線から充電完了までの時間を求めて表示する技術が開示されている。特開平10−172616号では、温度、充電電流により充電残時間を補正して表示する技術が開示されている。特開平11−89105号では、複数の電池セルのいずれかが所定電圧以上になる度に、補正を行うことで正確な充電残時間を求める技術が開示されている。特開平11−206024号では、電流によって一義的に定まる補正時間を加算して充電完了時間を求める技術が開示されている。特開2001−16794号では、充電曲線のパラメータを充電曲線のパラメータ値に応じて充電毎に補正し、充電所用時間を求める技術が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、正確に充電時間を求めることができないか、又は、正確に充電時間を求めるために、ハードウエア上又はソフトウエア上の複雑な構成が必要となった。即ち、充電開始時の残容量を検出するためのハードウエア、又は、複雑な補正演算を行うためのソフトウエアを必要とした。
【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、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表示できる充電装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1では、電池の到達目標温度値を保持する記憶部(29)と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部(28)と、
充電開始時の電池温度と、前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する充電時間決定部(S14)と、
前記充電開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から温度上昇勾配を算出する温度勾配算出部(S16)と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部(S18)と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇勾配になる電流値を検索する電流値検索部(S20)と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部(S30)と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部(S22)と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置(18、S24)とを備えることを技術的特徴とする。
【0008】
請求項1では、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。そして、該充電時間で充電が完了するように、電池温度の温度上昇勾配を求め、電池の温度上昇値が温度上昇勾配になる電流値にて電池を充電する。このため、決定した充電時間で確実に充電を完了することができ、従って、決定した充電時間から、充電開始後の経過時間を減算することで、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を求めることが可能になる。
また、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇勾配を算出する。そして、温度上昇値が温度上昇勾配になるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、充電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電することができるで、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を高温にならぬように短時間で充電することが可能になる。
【0009】
請求項2では、電池の到達目標温度値を保持する記憶部(139)と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部(138)と、
充電開始時の電池温度と前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差とに基づき、充電時間を決定する充電時間決定部(S114)と、
前記開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部により決定された充電時間とに基づき、前記到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部(S116)と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部(S118)と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部(S120)と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部(S130)と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部(S122)と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置(18、S124)とを備えることを技術的特徴とする。
【0010】
請求項2の発明では、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。そして、該充電時間で充電が完了するように、電池温度の温度上昇パターンを求め、電池の温度上昇値が温度上昇パターンになる電流値にて電池を充電する。このため、決定した充電時間で確実に充電を完了することができ、従って、決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算することで、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を求めることが可能になる。
また、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇パターンを検索する。そして、温度上昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、温度上昇パターンを最適にすることで、充電完了時の温度が到達目標温度値(最も低い温度)となるように充電することができる。
【0011】
請求項3では、電池温度と周囲の温度との温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定してある、即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇パターンを設定してあるため、完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。
【0012】
請求項4では、温度上昇パターンは、折れ線近似してあるため、演算等の処理が容易である。
【0013】
【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について図を参照して説明する。
以下、本発明を具体化した実施形態について図を参照して説明する。
図1は、充電装置10に電池パック50が装填された状態を示すブロック図である。図2は該充電装置10の外観を示す。図3は電池パック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。
【0014】
まず、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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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23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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
続いて、電池パック50を充電する充電装置10の構成を図1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の上部には、充電中の電池パック50の充電完了までの時間を表示する液晶の表示装置18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制御されている。
【0022】
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。
【0023】
図1に示すように、充電装置10の制御回路は、主に、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、ファン23、表示装置18等から構成される。
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及び設定された到達目標温度値等を記憶するものである。ファン23は、図2に示す吸気口13を介して外部から取り入れた空気を、送風口16を経て電池パック50の通気口56(図3参照)へ送り、電池パック50内の電池58を強制空冷する。
【0024】
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。更に、制御部26は、充電完了までの時間を算出して表示装置18にて表示する。
【0025】
引き続き、第1実施形態の充電装置の作動原理について説明する。
電池は、充電電流を大きくすれば、充電時間は短くなるが温度上昇は大きくなる。反対に、充電電流を小さくすれば、充電時間が長くなるものの温度上昇は小さくなる。特に、ニッケル水素電池は、充電電流や既に充電された容量により温度勾配(温度上昇値)が大きく変化する特性を有する。このため、本実施態様では、温度上昇を抑制するため電流値を変化させながら充電を行う。即ち、従来技術に係る充電装置では、一定の電流値で充電を行っていたのに対して、本実施態様の充電装置では、電池の状態を温度上昇値に基づき判別し、電池の温度上昇を一定にしつつ流し得る電流、即ち、電池の温度上昇に応じて電流値を変えながら充電を行う。
【0026】
ここでは、温度上昇が高いときには、相対的に小さな充電電流を流し、反対に、温度上昇が低いときには、相対的に大きな充電電流を流す。
【0027】
この第1実施形態の充電装置の動作原理について図5を参照して更に詳細に説明する。図5は、縦軸に電池温度上昇値を、横軸に充電時間を取ってあり、図中の曲線Lは、温度上昇値が一定になるように充電した際の、充電時間に対応する充電完了時の温度上昇値を示している。例えば、20℃で開始した電池温度が53℃(温度上昇値33deg)に到達するように電流を制御した際に、充電時間が20分であり、電池温度が43℃(温度上昇値23deg)に到達するように電流を制御した際に、充電時間が30分であり、電池温度が78℃(温度上昇値58deg)に到達するように電流を制御した際に、充電時間が10分であることを示している。
【0028】
即ち、曲線Lに基づき、充電完了時間と充電完了時の電池温度上昇値とから、温度上昇値(勾配)を求めることができる。例えば、33degの温度上昇で充電完了するためには、図中の0degと曲線L上の33degとを結ぶ直線aに示す温度勾配(温度上昇値)となるように充電すればよいことが分かる。この場合には、正確に20分で、温度53℃(温度上昇値33deg)になった時点で充電が完了する。
【0029】
一方、外気温度及び電池温度10℃の際に33degの温度上昇で充電完了する場合も同様に、図中の0degと曲線L上の33degとを結ぶ実線aに示す温度勾配(温度上昇値)となるように充電すればよい。この場合にも正確に20分で、温度43℃(温度上昇値33deg)にて充電が完了する。
【0030】
一方、外気温度及び電池温度30℃の際に33degの温度上昇で充電完了する場合も同様に、図中の0degと曲線L上の33degとを結ぶ実線aに示す温度勾配(温度上昇値)となるように充電すればよい。この場合にも正確に20分で、温度63℃(温度上昇値33deg)にて充電が完了する。
【0031】
第1実施形態の充電装置は、充電開始時の電池温度と、記憶部29に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。例えば、到達目標温度値が53℃に設定されている場合、電池温度及び外気温度が20℃の場合には、温度上昇値が33degになり、充電時間として20分が決定される。また、電池温度及び外気温度が10℃の場合、到達目標温度値53℃までの差分が43degとなり、充電時間として13分が決定される。
【0032】
ここで、電池温度及び外気温度が20℃で、充電時間として20分が決定された場合には、上述したように、図中の0degと曲線L上の33degとを結ぶ直線aに示す温度勾配(温度上昇値)が求められる。
【0033】
また、電池温度及び外気温度が10℃で、充電時間として13分が決定された場合には、上述したように、図中の0degと曲線L上の43degとを結ぶ直線bに示す温度勾配(温度上昇値)が求められる。この場合には、該温度勾配で充電することで、正確に13分で、温度53℃(温度上昇値43deg)になった時点で充電が完了する。
【0034】
なお、ここで、電池温度と外気温度が異なる場合には、外気温度により図5中の曲線Lがシフトする。即ち、電池温度が15℃で、外気温度が10℃の場合には、曲線Lが5deg分下方へシフトする。反対に、電池温度が10℃で、外気温度が15℃の場合には、曲線Lが5deg分上方へシフトする。本実施形態では、電池温度と外気温度とが異なる場合には、差分だけシフトさせた曲線Lを用いて、上述したように充電時間を求める。
【0035】
そして、本実施形態では、決定した充電時間から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を求め、表示装置18にて表示する。即ち、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【0036】
ここで、係る温度上昇値を一定にした際の電流値の変化について図6及び図7を参照して説明する。
図6は、温度20℃のニッケル水素電池を電池温度が50℃になるように、25分で充電した際のシュミレーションした結果である。温度上昇値を一定にするためには、充電電流の値を頻繁に調整する必要があるが、充電の前半に電流値が相対的に大きく、また、充電の後半に徐々に小さくなっていくことが分かる。ここで、約50℃において、充電電流が急激に減少しているのは、ニッケル水素電池の充電が完了したことを示しており、本実施形態では、この現象を検出した際に、充電を完了する。
【0037】
図7は、別のニッケル水素電池について、シュミレーションした結果である。ニッケル水素電池においては、充電満了時、現在の充電電流ではなく、過去の充電経歴により温度が急激に上昇するいわゆる“オーバーシュート”と言われる現象が生じることがある。係る、オーバーシュートにおいては、電流値を下げても、温度上昇値を一定以下にすることができなくなる。本実施形態では、この現象を検出した際にも、充電を完了する。
【0038】
引き続き、第1実施形態の充電装置による充電について、当該処理を示す図8のフローチャートを参照して説明する。
まず、制御部36は、温度検出部38を介して電池パック50の温度を検出する(S12)。ここでは、外気温度及び電池温度が20℃であったものとする。次に、充電完了時の電池温度を確認し、充電時間を求める(S14)。例えば、図5を参照して上述したように、到達目標温度値が53℃に設定されている場合、電池温度との差分、即ち、温度上昇値が33degになり、充電時間として20分が決定される。本実施形態の充電装置は、急速充電(常温中での20分充電を目標とする温度上昇値33deg)と通常充電(常温中での30分充電を目標とする温度上昇値23deg)とが切り替えれるように構成されており、急速充電が設定されている際には、図5を参照して上述した曲線Lの値を保持している記憶部39を検索することで充電完了温度として53℃を得る。その後、温度勾配を算出する(S16)。ここでは、図5中に示す温度0degと曲線L上の33degとを結ぶ直線aの勾配を求める。
【0039】
制御部36は、温度検出部から入力した前回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して温度上昇値を求め(S18)、この検出した温度上昇値を、上記S16にて算出した勾配と比較することで電流値を確定する(S20)。ここで、温度上昇値が勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【0040】
そして、上記S14にて決定した充電時間(20分)から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を算出する(S22)。そして、求めた残り充電時間を表示装置18にて表示する(S24)。本実施形態では、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【0041】
次に、電流値が所定値以下かを判断する(S26)。図6を参照して上述したように、充電が完了して電流値が所定値以下になると(S26:Yes)、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には(S26:No)、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、図7を参照して上述したオーバーシュートが発生していないかを判断する(S28)。ここで、オーバーシュートが発生している際には(S28:Yes)、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には(S28:No)、S30へ進み、上記S20で確定した電流値にて電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【0042】
本発明の第1実施形態の充電装置では、温度上昇値を一定とするため処理が容易である利点がある。更に、温度上昇値が算出した温度上昇勾配になるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、充電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電することができ、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を高温にならぬように短時間で充電することが可能になる。
【0043】
なお、本実施形態では、充電装置側に図5中に示す曲線Lを保持させたが、例えば、ニッケル水素電池の寿命を縮めない範囲での充電最高温度(例えば、30deg)及び該30degに至る充電時間(例えば、25分)のみを保持しておき、この30degで充電が完了するように、充電を制御することも可能である。
【0044】
引き続き、本発明の第2実施形態に係る充電装置について、図9〜図12を参照して説明する。上述した第1実施形態の充電装置では、温度上昇値が一定になるように、電流値を調整した。これに対して、第2実施形態の充電装置では、所定のパターンに沿って温度が上昇するように電流値を調整する。
【0045】
この充電原理について、図9を参照して説明する。図9では、縦軸に電池温度上昇値を、横軸に充電時間を取ってあり、ハッチングで示すエリアEは、完了時の温度上昇値及び充電時間を示すものである。例えば、第1実施形態の充電装置で行ったように、20分で充電が完了するように図中aで示す温度勾配を一定にした際には、充電完了時の温度が33degになった。一方、図中実線dで示すように温度上昇値が山なりのパターンに沿うように充電した際には、電池温度上昇値が30degで充電を完了することができた。また、2点鎖線eで示すように温度上昇値が実線dよりも大きな山なりのパターンに沿うように充電した際には、電池温度上昇値が32degで充電を完了することができた。反対に、破線hで示すように、谷状パターンに沿って充電した際には、電池温度上昇値が38degで充電を完了した。一方、1点鎖線gのように、温度上昇値を特定のパターンに適合させないように充電した際には、電池温度上昇値が43deg近くまで上昇した。
【0046】
即ち、ハッチングで示すエリアEは、種々の条件で充電した際の、完了時の温度上昇値及び充電時間を示すものであり、該エリアEの境界線Bは、最も低い温度で充電が完了した際の到達温度上昇値を示すことになる。一方、図9中の破線aから、第1実施形態のように温度上昇値を一定にした際には、電池温度上昇値が33degであった。これに対して、実線dに示すやや山なりの温度上昇パターンを取ることで、最も低い温度上昇値(30deg)で充電が完了できることが分かる。温度上昇値を一定とするよりも、山なりにした方が低温で充電を完了できる理由は、次のように考えられる。即ち、電池温度と周囲の温度との温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定する。、即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇パターンを設定することで、完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。本実施形態では、上記実験結果に基づき、最も低い温度で充電を完了できる温度上昇パターンに基づき、電流値を調整して充電を行う。
【0047】
図10は、境界線Bの電池温度による変化を示している。ここで、境界線Bは、外気温度(20℃)と電池温度とが等しい場合を示し、境界線B’は、外気温度(15℃)よりも電池温度(20℃)が高い場合を示している。ここで、境界線B’は、境界線Bよりも5℃分下方へシフトしている。
【0048】
図11は、第2実施形態の充電装置110内の制御回路130の構成を示している。制御回路130は、図4を参照して上述した第1実施形態の充電装置と同様である。但し、第2実施形態の制御回路130の記憶部139には、図9を参照して上述した温度上昇パターンが保持されている。この温度上昇パターンは、5deg上昇するまでの時間分で一種の折れ線近似して保持してある。例えば、図9を参照して上述した実線dの温度上昇パターンについては、5degに2分で到達し、10degに4分で、15degに6分、20degに9分、25degに13分、30degに20分、即ち、(2,4、6、9、13,20)と言うデータ形式で保持することで、記憶部の容量の削減と、制御部136での演算処理の容易化が計られている。そして、温度制御の際には、図10中に示すように5deg毎に直線で近似した勾配に沿うように、充電電流が調整される。
【0049】
そして、該充電装置110では、例えば、外気温度15℃で20℃の電池を充電する際には、図10を参照して上述したように、充電完了時の温度上昇値を5deg分下げたパターンが算出され、係るパターンに従い充電がなされる。反対に、例えば、外気温度25℃で20℃の電池温度の時には、充電完了時の温度上昇値を5deg分上げたパターンを算出する。
【0050】
第2実施形態の充電装置は、第1実施形態と同様に充電開始時の電池温度と、記憶部139に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。例えば、到達目標温度値が50℃に設定されている場合、電池温度及び外気温度が20℃の場合には、温度上昇値が30degになり、図10中に示すように境界線Bと30degとの交点から充電時間として20分が決定される。
【0051】
そして、第2実施形態では、第1実施形態と同様に決定した充電時間から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を求め、表示装置18にて表示する。即ち、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【0052】
この第2実施形態の充電装置の具体的な充電制御について、図12を参照して説明する。
まず、制御部136は、温度検出部138から電池パック150の温度を検出する(S112)。ここでは、外気温度及び電池温度が共に20℃であったものとする。次に、充電完了時の電池温度を確認し、充電時間を求める(S114)。例えば、図10を参照して上述したように、到達目標温度値が50℃に設定されている場合、電池温度との差分、即ち、温度上昇値が30degになり、充電時間として20分が決定される。ここでは、外気温度と電池温度とが等しい場合を例示したが、外気温度と電池温度とが異なる場合、例えば、外気温度が20℃で、電池温度が25℃の場合には、図10中に示すように曲線Bを5deg分下方へシフトさせた曲線B’を用いて、到達目標温度値から充電時間を求める。その後、温度上昇パターンを算出する(S116)。
【0053】
制御部136は、温度検出部から入力した前回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して温度上昇値を求め(S118)、この検出した温度上昇値が、上記S116にて算出した温度上昇パターンと比較することで電流値を確定する(S120)。ここで、温度上昇値が勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【0054】
そして、上記S114にて決定した充電時間(20分)から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を算出する(S122)。そして、求めた残り充電時間を表示装置118にて表示する(S124)。本実施形態では、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【0055】
次に、電流値が所定値以下かを判断する(S126)。第1実施形態と同様に充電が完了して電流値が所定値以下になると(S126:Yes)、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には(S126:No)、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生していないかを判断する(S128)。ここで、オーバーシュートが発生している際には(S128:Yes)、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には(S128:No)、S130へ進み、上記S120で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【0056】
第2実施形態の充電装置では、温度上昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、図9を参照して上述したように温度上昇パターンを最適にすることで、充電完了時の温度が到達目標温度値(最も低い温度)となるように充電することができる。
【0057】
また、本実施形態の充電装置では、温度上昇パターンを山なり、即ち、電池温度と周囲の温度との温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定してある。即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇パターンを設定してあるため、完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。
【0058】
引き続き、本発明の第3に係る実施形態の充電装置について図13〜図15を参照して説明する。
上述した第2実施形態では、充電装置側に図10に示す充電時間及び最終電池温度上昇値を保持させた。これに対して、第3実施形態では、電池パック側に、図9を参照して上述した、最も低い温度で充電が完了した際の到達温度を示す境界線がそれぞれ保持されている。即ち、充電完了時の到達温度は、電池パックの電圧(セル電池の数)、電池の種類(ニッケル水素電池中にも特性が異なるものがある)、電池パックの熱放射性等によつて大きく異なってくる。このため、電池パック側にかかる境界値(以下、温度到達目標値として参照)を保持させることで、いかなる電池パックも最も効率的に充電し得るようにしている。
【0059】
第3実施形態の充電装置210及び電池パック250A、250Bの構成について図13を参照して説明する。電池パック250Aは、当該電池パックの温度到達目標値(図15のB1)の値を保持するROM258aを備えている。一方、電池パック250Bは、当該電池パックの温度到達目標値(図15中のB2)の値を保持するROM258bを備えている。なお、この温度到達目標値B1、B2は、Y=β/(X+α)+γ式で表され、この係数α、β、γの値がROM258a、258bにそれぞれ書き込まれている。
【0060】
一方、充電装置210の制御回路230には、上述したROM258a、258bの内容を読み出すためのROMリーダ231が備えられている。また、記憶部239には、温度上昇パターンを得るための方程式が収容されている。他の構成については、図4を参照して上述した第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【0061】
この第3実施形態の充電方式の具体的な充電制御について、図14を参照して説明する。
まず、充電装置210の制御部236は、温度検出部238から電池パック250Aの温度を検出する(S212)。ここでは、温度が20℃であったものとする。次に、電池パック250AのROM258aから温度到達目標値B1を求めるための係数α、β、γを読み出し、図15中に示す温度到達目標値B1の曲線を算出する(S213)。引き続き、温度到達目標値B1の曲線と、電池温度と、設定された到達目標温度とから充電時間を求める(S214)。ここで、充電装置210は、急速充電と通常充電とが切り替え得るようになっており、急速充電は、電池温度上昇値として30degまでを許容し、通常充電は、25deg以下で充電を完了するようになる。ここで、通常充電が選択されている場合には、上記充電完了時の電池温度上昇値25degから充電時間として25分が求められ、他方、急速充電が設定されている場合には、充電時間として20分が求められることになる。その後、温度勾配パターンを算出する(S216)。急速充電時の20分充電が確認された場合には、図15中の0degと30degとを結ぶ線分iから、上記記憶部239中の方程式に基づき山なりの曲線(温度上昇パターン)jが算出させる。なお、第3実施形態では、方程式に基づき温度上昇パターンを算出したが、この代わりに、複数のパターンを保持しておき、このパターンとの相関を取ってパターンを求めるようにもできる。
【0062】
制御部236は、温度検出部から入力した前回の温度値と今回入力した温度値との差分より温度上昇値を求め(S218)、この検出した温度上昇値を、上記S216にて算出した勾配と比較することで電流値を確定する(S220)。ここで、温度上昇値が温度上昇パターンよりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【0063】
そして、上記S214にて決定した充電時間(20分)から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を算出する(S222)。そして、求めた残り充電時間を表示装置118にて表示する(S224)。本実施形態では、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【0064】
次に、電流値が所定値以下かを判断する(S226)。第1実施形態と同様に充電が完了して電流値が所定値以下になると(S226:Yes)、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には(S226:No)、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生していないかを判断する(S228)。ここで、オーバーシュートが発生している際には(S228:Yes)、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には(S228:No)、S230へ進み、上記S220で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【0065】
この第3実施形態の充電方式では、電池パック250A、250B側に到達目標温度値B1、B2をそれぞれ保持させてあるので、上述したように電池パック250Aに対しては、20分の最短の時間で、また、温度到達目標値B2である電池パック250Bに対しては、17分の最短時間(図15参照)で充電を完了することができる。また、種々の充電装置において、たとえば、20分急速充電が可能な充電装置においても、1時間充電が可能な充電装置においても、充電完了時の温度が到達目標温度値(最も低い温度)となるように充電することができる。
【0066】
また、第3実施形態の充電方式では、電池パック側に保持されたデータに基づき充電を行うため、電池パックの使用の変更・新設計が容易であり、古い形の充電装置に対しても、最新のデータに基づき最適な充電制御を行わせることができる。
【0067】
なお、上述した実施形態では、電池温度と到達目標温度から充電時間を決定した。この代わりに、先に、充電時間を先に定め、充電時間から到達目標温度を決定することもできる。この場合にも、充電時間から経過時間を減算することで、充電残時間を求め、表示することが好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】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の構成を示すブロック図である。
【図2】充電装置の外観を示す斜視図である。
【図3】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】第1実施形態の充電装置の充電原理を示す説明図である。
【図6】充電装置により制御される充電電流及び電池温度の変化を示すグラフである。
【図7】充電装置により制御される充電電流及び電池温度の変化を示すグラフである。
【図8】第1実施形態の充電装置の制御部による処理を示すフローチャートである。
【図9】第2実施形態の充電装置の充電原理を示す説明図である。
【図10】第2実施形態の充電装置の制御原理を示す説明図である。
【図11】第2実施形態の充電装置の制御回路を示すブロック図である。
【図12】第2実施形態の充電装置の制御部による処理を示すフローチャートである。
【図13】第3実施形態の充電装置の制御回路を示すブロック図である。
【図14】第3実施形態の充電装置の制御部による処理を示すフローチャートである。
【図15】第3実施形態の充電方式の制御原理を示す説明図である。
【符号の説明】
10 充電装置
18 表示装置
22 電源回路
26 制御部
27 電圧検出部
28 温度検出部
29 記憶部
50 電池パック
58 電池
61 EEPROM
70 電池ドリル
TM 温度センサ
Claims (4)
- 電池の到達目標温度値を保持する記憶部と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と、前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する充電時間決定部と、
前記充電開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から温度上昇勾配を算出する温度勾配算出部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇勾配になる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置とを備えることを特徴とする充電装置。 - 電池の到達目標温度値を保持する記憶部と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差とに基づき、充電時間を決定する充電時間決定部と、
前記開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部により決定された充電時間とに基づき、前記到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置とを備えることを特徴とする充電装置。 - 前記温度上昇パターンは、充電の前半部分が温度上昇値が相対的に高く、後半部分が温度上昇値が相対的に低くなっていることを特徴とする請求項2に記載の充電装置。
- 前記温度上昇パターンは、折れ線近似してなることを特徴とする請求項2又は3に記載の充電装置。
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