JP3934700B2 - バッテリ充電装置およびバッテリ充電方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリ充電装置およびバッテリ充電方法に関する。詳しくは、複数個のバッテリに例えば充電モードに応じた所定時間毎に充電電流を順次切り換え供給して充電を行うことによって、複数個のバッテリに状況に応じた充電を行うことを可能にしようとしたバッテリ充電装置およびバッテリ充電方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、2次電池としてリチウムイオンバッテリが知られている。このリチウムイオンバッテリは、正極にLiCoO2、負極にCが使用される。そして、正極や負極は層状化合物になっており、充放電時はリチウムイオンがこの間を出入りしながら移動する。このリチウムイオンバッテリは、充電電流が標準充電電流以下に制限され、充電電圧が標準充電電圧以下に制限された定電圧定電流電源によって充電される。図5は、リチウムイオンバッテリの充電特性の一例を示しており、約2.5時間で充電量100%の状態となる。この場合、まず1C(C:リチウムイオンバッテリの電流容量)程度の定電流で充電し、端子電圧が4.1Vに達した時点で定電圧充電に切り換えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来、リチウムイオンバッテリを充電するためのバッテリ充電装置は、1個ずつ装着して充電量100%の状態とする順次充電方式のものであった。そのため、複数個のリチウムイオンバッテリを充電するのに長時間かかり、緊急に複数のリチウムイオンバッテリが必要なとき等に支障を来している。このような問題点は、リチウムイオンバッテリ以外のバッテリの充電に関しても言える。
【0004】
そこで、この発明では、複数個のバッテリに状況に応じた充電を行い得るバッテリ充電装置およびバッテリ充電方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るバッテリ充電装置は、バッテリに充電電流を供給する充電電流供給手段と、複数個のバッテリを装着するバッテリ装着手段と、充電電流供給手段よりバッテリ装着手段に装着された複数個のバッテリに選択的に充電電流を供給する切換手段と、この切換手段の切換動作を充電時間または充電量に応じて制御する制御手段とを備え、制御手段は、バッテリ装着手段に装着された複数個のバッテリを充電すべきバッテリとして順次繰り返し選択し、選択されたバッテリが満充電状態にあるときは直ちに充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択し、選択されたバッテリが満充電状態にないときは、所定時間だけ上電電流供給手段よりこの選択されたバッテリに充電電流が供給されるように切換手段の切換動作を制御し、この所定時間経過後に充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択するものである。ここで、所定時間を選択するモード選択手段を有していてもよい。
【0006】
また、この発明に係るバッテリ充電方法は、複数個のバッテリを充電すべきバッテリとして順次繰り返し選択し、選択されたバッテリが満充電状態にあるときは直ちに充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択し、選択されたバッテリが満充電状態にないときは、この選択されたバッテリを所定時間だけ充電し、この所定時間経過後に充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択するものである。
【0007】
バッテリ装着手段に複数個のバッテリ、例えばリチウムイオンバッテリが装着される。これら複数個のバッテリは充電すべきバッテリとして順次繰り返し選択される。そして、選択されたバッテリが満充電状態にあるときは直ちに充電すべきバッテリとして次のバッテリが選択される。また、選択されたバッテリが満充電状態にないときは、この選択されたバッテリが所定時間だけ充電され、この所定時間経過後に充電すべきバッテリとして次のバッテリが選択される。
所定時間によっては、充電量100%の状態で、あるいは充電量100%に満たない状態で次のバッテリの充電状態に切り換えられる。複数個のバッテリの充電量が100%でなくてもよい場合には、所定時間として短い時間を選択することで、当該複数個のバッテリの充電が短時間で終了する。また充電すべきバッテリとして選択されたバッテリが満充電状態にあるときは、直ちに次のバッテリが充電すべきバッテリとして選択されて充電が行われるため、不要な充電時間を設けることなく、複数個のバッテリに効率的に充電できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。本実施の形態は、複数個のリチウムイオンバッテリに充電するものである。
【0009】
図1は、実施の形態としてのバッテリ充電装置10の構成を示している。このバッテリ充電装置10は、商用交流(AC)電源を供給するための電源プラグ11と、この電源プラグ11に供給される交流電源を直流(DC)電源に変換するためのAC/DCコンバータ12と、このAC/DCコンバータ12より出力される直流電源を安定化して定電圧定電流電源を得るためのレギュレータ13と、システム全体を制御するためのマイクロコンピュータ(以下、「マイコン」という)14とを有している。
【0010】
ここで、マイコン14は、後述するように充電すべきリチウムイオンバッテリの端子電圧を監視している。レギュレータ13は、マイコン14の制御によって、
1C(C:充電すべきリチウムイオンバッテリの電流容量)程度の定電流電源または4.2Vの定電圧電源として機能するように切り換えられる。すなわち、レギュレータ13は、充電すべきリチウムイオンバッテリの端子電圧が4.1Vとなるまでは定電流電源として機能し、その後は定電圧電源として機能するように制御される。
【0011】
また、バッテリ充電装置10は、チャネル1(ch1)〜チャネル4(ch4)のバッテリ装置部15-1〜15-4と、これらバッテリ装着部15-1〜15-4に装着されるリチウムイオンバッテリにレギュレータ13より充電電流を選択的に供給するための接続スイッチ16-1〜16-4とを有している。接続スイッチ16-1〜16-4のオンオフは、マイコン14によって制御される。すなわち、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されているリチウムイオンバッテリに充電する場合には、それぞれ接続スイッチ16-1〜16-4がオン状態とされる。
【0012】
レギュレータ13の出力側は、接続スイッチ16-1〜16-4を介してそれぞれバッテリ装着部15-1〜15-4の正極端子15P1〜15P4に接続される。そして、バッテリ装着部15-1〜15-4の負極端子15N1〜15N4はそれぞれ接地される。また、バッテリ装着部15-1〜15-4は、それぞれ装着チェック端子15C1〜15C4を備えている。
【0013】
ここで、バッテリ装着部15-1〜15-4にそれぞれリチウムイオンバッテリBT1〜BT4が装着される場合、バッテリBT1〜BT4の正極端子P1〜P4はそれぞれバッテリ装着部15-1〜15-4の正極端子15P1〜15P4に接続され、バッテリBT1〜BT4の負極端子N1〜N4はそれぞれバッテリ装着部15-1〜15-4の負極端子15N1〜15N4に接続される。
【0014】
なお、バッテリBT1〜BT4は、それぞれリチウムイオンバッテリであることを検出可能とするための検出端子DT1〜DT4を備えている。この検出端子DT1〜DT4は、それぞれ抵抗器R1〜R4を介して負極端子N1〜N4に接続されている。バッテリ装着部15-1〜15-4にそれぞれバッテリBT1〜BT4が装着される場合、バッテリBT1〜BT4の検出端子DT1〜DT4はそれぞれバッテリ装着部15-1〜15-4の装着チェック端子15C1〜15C4に接続される。
【0015】
また、バッテリ充電装置10は、バッテリ装着部15-1〜15-4にリチウムイオンバッテリが装着されているか否かをチェックするために、チェックすべきバッテリ装着部を順次切り換えるための切換スイッチ17を有している。この場合、切換スイッチ17のa〜dの固定端子はそれぞれバッテリ装着部15-1〜15-4の装着チェック端子15C1〜15C4に接続される。また、切換スイッチ17の可動端子は抵抗器18を介して直流電圧+Bが供給される電源端子19に接続されると共に、この切換スイッチ17の可動端子に得られる信号Schkがマイコン14に供給される。
【0016】
切換スイッチ17は、後述するように装着チェックをする際に、マイコン14の制御によってa〜d側に順次切り換えられる。これにより、マイコン14では、切換スイッチ17の可動端子に得られる信号Schkに基づいて、バッテリ装着部15-1〜15-4にリチウムイオンバッテリが装着されているか否かを判定できるようになる。
【0017】
例えば、切換スイッチ17がa側に切り換えられる場合、バッテリ装着部15-1にリチウムイオンバッテリが装着されているか否かを判定できる状態となる。そして、バッテリ装着部15-1に図示のようにリチウムイオンバッテリDT1が装着されているときは、切換スイッチ17の可動端子には直流電圧+Bを抵抗器18,R1で分圧した電圧が得られる。一方、バッテリ装着部15-1にリチウムイオンバッテリが装着されていないとき、つまり何らバッテリが装着されていないとき、あるいはリチウムイオンバッテリ以外の他のバッテリが装着されているときは、切換スイッチ17の可動端子には直流電圧+Bが得られる。
【0018】
したがって、マイコン14では、切換スイッチ17の可動端子に得られる信号Schkに基づき、バッテリ装着部15-1にリチウムイオンバッテリが装着されているか否かを判定できる。同様に、切換スイッチ17がb〜d側に切り換えられる場合、マイコン14は、切換スイッチ17の可動端子に得られる信号Schkに基づき、それぞれバッテリ装着部15-2〜15−4にリチウムイオンバッテリが装着されているか否かを判定できる。
【0019】
また、バッテリ充電装置10は、充電モードを選択するためのモード選択回路20を有している。このモード選択回路20は、電源端子19と接地との間に接続された抵抗器21,22の直列回路と、この直列回路で得られる3値の電圧を切り換える切換スイッチ23とから構成される。この場合、切換スイッチ23のa側の固定端子には電源端子19と抵抗器21の接続点が接続され、そのb側の固定端子には抵抗器21と抵抗器22の接続点が接続され、そのc側の固定端子には抵抗器22と接地の接続点が接続される。
【0020】
切換スイッチ23の切り換えはユーザによって行われ、a側、b側、c側に切り換えることで、充電モードとしてモード1、モード2、モード3を選択することができる。ここで、切換スイッチ23の可動端子には、切換スイッチ23がa側に切り換えられるときは直流電圧+Bが得られ、切換スイッチ23がb側に切り換えられるときは直流電圧+Bを抵抗器21,22で分圧した電圧が得られ、切換スイッチ23がc側に切り換えられるときは接地電圧が得られる。このように切換スイッチ23の可動端子に得られる信号はモード選択信号Smodとしてマイコン14に供給される。マイコン14では、モード選択信号Smodの電圧値に基づき、モードの判定を行うことができ、そのモードに応じた充電制御が行われる。
【0021】
ここで、モード1は、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されているリチウムイオンバッテリに対し、充電電流を供給するバッテリを2.5時間毎に切り換えて充電を実行するモードである。モード2は、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されているリチウムイオンバッテリに対し、充電電流を供給するバッテリを1時間毎に切り換えて充電を実行するモードである。モード3は、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されているリチウムイオンバッテリに対し、充電電流を供給するバッテリを0.5時間毎に切り換えて充電を実行するモードである。本実施の形態において、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されるリチウムイオンバッテリ(充電量が0%)は、2.5時間の充電で充電量が100%となり、1時間の充電で充電量が約80%となり、0.5時間の充電で充電量が約60%となる。
【0022】
また、バッテリ充電装置10は、ユーザが充電の開始を指示するための押釦スイッチ24を有している。この押釦スイッチ24はマイコン14に接続される。電源プラグ11に商用交流電源が供給された後、押釦スイッチ24を押圧することで、上述したようにモード選択回路20で選択された充電モードに応じた充電制御が開始される。
【0023】
また、バッテリ充電装置10では、バッテリ装着部15-1〜15-4の正極端子15P1〜15P4に得られる信号がマイコン14に供給される。これにより、マイコン14では、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されて充電されているリチウムイオンバッテリの端子電圧を監視できる。よって、マイコン14は、上述したように充電すべきリチウムイオンバッテリの端子電圧が4.1Vとなるまでは定電流電源として機能し、その後は定電圧電源として機能するようにレギュレータ13を切り換え制御できる。
【0024】
また、マイコン14では、接続スイッチ16-1〜16-4をオフ状態としてバッテリ装着部15-1〜15-4に装着されているリチウムイオンバッテリの端子電圧を監視できる。よって、マイコン14は、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されているリチウムイオンバッテリの端子電圧に基づいて、そのリチウムイオンバッテリが満充電(充電量100%)の状態にあるか否かを判定できる。本実施の形態においては、端子電圧が約4.2Vであるときは、満充電の状態にあると判定される。
【0025】
次に、図2および図3のフローチャートを使用して、バッテリ充電装置10のマイコン14の充電制御動作を説明する。
【0026】
電源プラグ11に商用交流電源が供給された後、押釦スイッチ24が押圧されると、図2に示すように、まず、ステップST1で、モード選択回路20より供給されるモード選択信号Smodに基づき、ユーザによって選択された充電モードの判定をする。切換スイッチ23がa側に切り換えられてモード1が選択されているとき、モード選択信号Smodは直流電圧+Bとなり、マイコン14はモード1が選択されたものと判定する。また、切換スイッチ23がb側に切り換えられてモード2が選択されているとき、モード選択信号Smodは直流電圧+Bを抵抗器21,22で分圧した電圧となり、マイコン14はモード2が選択されたものと判定する。さらに、切換スイッチ23がc側に切り換えられてモード3が選択されているとき、モード選択信号Smodは接地電圧となり、マイコン14はモード3が選択されたものと判定する。
【0027】
ステップST1でモード1と判定するときは、ステップST2でモード1の充電制御動作をする。ステップST1でモード2と判定するときは、ステップST3でモード2の充電制御動作をする。ステップST1でモード3と判定するときは、ステップST4でモード3の充電制御動作をする。
【0028】
モード1〜モード3の充電制御動作は、図3に示すようになる。まず、ステップST11で、切換スイッチ17をa側、b側、c側、d側に順次切り換え、その可動端子に得られる信号Schkに基づいて、チャネル1(ch1)〜チャネル4(ch4)のバッテリ装着部15-1〜15-4のうちでリチウムイオンバッテリが装着されているバッテリ装着部をチェックする。この場合、バッテリ装着部15-1にリチウムイオンバッテリが装着されている場合、切換スイッチ17をa側に切り換えたときの信号Schkは直流電圧+Bを抵抗器18,R1で分圧した電圧となり、マイコン14はバッテリ装着部15-1にはリチウムイオンバッテリが装着されているものと認識する。バッテリ装着部15-2〜15-4に関しても同様である。
【0029】
次に、ステップST12で、リチウムイオンバッテリが装着されている全てのバッテリ装着部のうち、充電しようとするリチウムイオンバッテリが装着されているバッテリ装着部を選択する。例えば、図1に示すように、チャネル1〜4のバッテリ装着部15-1〜15-4の全てにリチウムイオンバッテリBT1〜BT4が装着されている場合には、最初はチャネル1を選択し、以下ステップST12に戻る毎に、チャネル2、チャネル3、チャネル4、・・・のように選択する。また例えば、チャネル1,2,4のバッテリ装着部15-1,15-2,15-4にリチウムイオンバッテリBT1,BT2,BT4が装着されている場合には、最初はチャネル1を選択し、以下ステップST12に戻る毎に、チャネル2、チャネル4、・・・のように選択する。なお、2巡目以降においては、後述するように満充電状態であると判定したリチウムイオンバッテリが装着されているバッテリ装着部は選択しない。
【0030】
次に、ステップST13で、選択されたチャネルのバッテリ装着部に装着されているリチウムイオンバッテリが満充電(充電量100%)の状態にあるか否かを判定する。この場合、マイコン14は、そのチャネルのバッテリ装着部の正極端子に得られる信号、つまりリチウムイオンバッテリの端子電圧が約4.2Vであるときは満充電状態であると判定する。満充電状態であると判定するときは、ステップST16に進む。
【0031】
ステップST13で満充電状態でないと判定するときは、ステップST14で、接続スイッチ16-1〜16-4のうち、選択されたチャネルのバッテリ装着部に対応した接続スイッチをオン状態とする。これにより、レギュレータ13より接続スイッチを介してその選択されたチャネルのバッテリ装着部に装着されているリチウムイオンバッテリに充電電流が供給されて充電が行われる。この場合、マイコン14は、そのチャネルのバッテリ装着部の正極端子に得られる信号、つまりリチウムイオンバッテリの端子電圧が4.1Vとなるまでは定電流電源として機能し、その後は定電圧電源として機能するようにレギュレータ13を切り換え制御する。
【0032】
次に、ステップST15で、充電時間を経過したか否かを判定する。上述したように、この充電時間は、モード1では2.5時間であり、モード2では1時間であり、モード3では0.5時間である。充電時間が経過するまでは、ステップST14で充電を継続する。ステップST15で充電時間が経過したときは、ステップST16に進む。
【0033】
ステップST16では、チャネル1〜4のバッテリ装着部15-1〜15-4の全てまたは一部に装着されているリチウムイオンバッテリの全てが満充電状態となったか否かを判定する。全てが満充電状態となっていないときは、ステップST12に戻って次のチャネルを選択する。一方、全てが満充電状態となったときは、充電制御を終了する。
【0034】
図4A〜Cは、図1に示すようにバッテリ装着部15-1〜15-4にそれぞれリチウムイオンバッテリBT1〜BT4(充電量0%)が装着された状態で、モード1〜3の充電制御が行われた場合のバッテリBT1〜BT4の充電量の推移を示している。なお、図4Aには、紙面の関係からバッテリBT1,BT2の充電量の推移のみを示している。
【0035】
モード1の充電制御では、バッテリBT1〜BT4が2.5時間毎に切り換えられて充電されるため、10時間後にバッテリBT1〜BT4の全てが充電量100%の状態となる。また、モード2の充電制御では、バッテリBT1〜BT4が1時間毎に切り換えられて充電されるため、4時間後にバッテリBT1〜BT4の全てが充電量約80%の状態となると共に、10時間後にはモード1の充電制御と同様にバッテリBT1〜BT4の全てが充電量100%の状態に達する。モード3の充電制御では、バッテリBT1〜BT4が0.5時間毎に切り換えられて充電されるため、2時間後にバッテリBT1〜BT4の全てが充電量約60%の状態となり、10時間後にはモード1の充電制御と同様にバッテリBT1〜BT4の全てが充電量100%の状態に達する。
【0036】
以上説明したように本実施の形態においては、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されたリチウムイオンバッテリを充電モードに応じた時間毎に切り換えて順次充電するものであり、複数個のリチウムイオンバッテリに状況に応じた充電を行うことができる。例えば、緊急に複数のリチウムイオンバッテリが必要なとき、ユーザはモード2またはモード3を選択すればよいことになる。また、本実施の形態においては、バッテリ装着部15-1〜15-4に装着されたリチウムイオンバッテリを順次切り換えて充電するものであり、複数個のリチウムイオンバッテリに同時に充電をするものでなく、大型のトランス等を必要とせず、小型、軽量、低消費電力のバッテリ充電装置を得ることができる。
【0037】
なお、上述実施の形態においては、充電時間に基づいて充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換えるようにしたものであるが、各リチウムイオンバッテリの充電量に基づいて充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換えるようにしてもよい。
【0038】
例えば、モード1の充電制御では、充電量が100%となる毎に充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換える。モード2の充電制御では、1巡目は充電量が80%となる毎に充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換え、2巡目は充電量が100%となる毎に充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換える。モード3の充電制御では、1巡目は充電量が60%となる毎に充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換え、2巡目は充電量が80%となる毎に充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換え、3巡目は充電量が100%となる毎に充電すべきリチウムイオンバッテリを切り換える。ここで、各リチウムイオンバッテリの充電量は、上述したように端子電圧に基づいて判断する他に、充電電流を検出して判断することもできる。
【0039】
また、上述実施の形態においては、チャネル1〜4のバッテリ装着部15-1〜15-4を備えるものを示したが、チャネル数はこれに限定されるものではない。また、上述実施の形態は、リチウムイオンバッテリを充電するバッテリ充電装置に適用したものであるが、この発明はその他のバッテリを充電するバッテリ装置にも同様に適用できることは勿論である。
【0040】
【発明の効果】
この発明によれば、複数個のバッテリを充電すべきバッテリとして順次繰り返し選択し、選択されたバッテリが満充電状態にないときは、この選択されたバッテリを所定時間だけ充電し、この所定時間経過後に充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択するものであり、所定時間を選択することで、複数個のバッテリに状況に応じた充電を行うことができる。例えば、所定時間が小さな値となるモードを選択することで、緊急に複数のバッテリが必要なときにも対処できる。また、複数個のバッテリに同時に充電をするものでなく、大型のトランス等を必要とせず、小型、軽量、低消費電力のバッテリ充電装置を得ることができる。また、充電すべきバッテリとして選択されたバッテリが満充電状態にあるときは、直ちに次のバッテリを充電すべきバッテリとして選択するものであり、不要な充電時間を設けることなく、複数個のバッテリに効率的に充電できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態としてのバッテリ充電装置を示す構成図である。
【図2】充電制御動作を示すフローチャートである。
【図3】モード1〜3の充電制御動作を示すフローチャートである。
【図4】モード1〜3における複数個のバッテリの充電量の変化を示す図である。
【図5】リチウムイオンバッテリの充電特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
10・・・バッテリ充電装置、12・・・AC/DCコンバータ、13・・・レギュレータ、14・・・マイクロコンピュータ、15-1〜15-4・・・バッテリ装着部、16-1〜16-4・・・接続スイッチ、17,23・・・切換スイッチ、20・・・モード選択回路、BT1〜BT4・・・リチウムイオンバッテリ
Claims (4)
- バッテリに充電電流を供給する充電電流供給手段と、
複数個のバッテリを装着するバッテリ装着手段と、
上記充電電流供給手段より上記バッテリ装着手段に装着された上記複数個のバッテリに選択的に充電電流を供給する切換手段と、
上記切換手段の切換動作を充電時間および充電量に応じて制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記バッテリ装着手段に装着された上記複数個のバッテリを充電すべきバッテリとして順次繰り返し選択し、
選択されたバッテリが満充電状態にあるときは直ちに充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択し、
選択されたバッテリが満充電状態にないときは、所定時間だけ上記充電電流供給手段より該選択されたバッテリに充電電流が供給されるように上記切換手段の切換動作を制御し、該所定時間経過後に充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択する
ことを特徴とするバッテリ充電装置。 - 上記バッテリはリチウムイオンバッテリである
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ充電装置。 - 上記所定時間を選択するモード選択手段を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ充電装置。 - 複数個のバッテリを充電すべきバッテリとして順次繰り返し選択し、
選択されたバッテリが満充電状態にあるときは直ちに充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択し、
選択されたバッテリが満充電状態にないときは、該選択されたバッテリを所定時間だけ充電し、該所定時間経過後に充電すべきバッテリとして次のバッテリを選択する
ことを特徴とするバッテリ充電方法。
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