JP5645904B2

JP5645904B2 - 充電器及び制御方法

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Publication number: JP5645904B2
Application number: JP2012240313A
Authority: JP
Inventors: 享充阿部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP2013055881A

Description

本発明は、電池を有するバッテリーパックを充電する充電器及び制御方法に関する。

リチウムイオン電池などの二次電池を充電する方法としては、充電器側で充電電圧、充電電流、バッテリーパック内のサーミスタによる分圧電圧を測定し、充電を制御する方法がある。また、バッテリーパックと通信を行える充電システムにおいては、充電器は電池パックと通信を行い充電制御をするものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開平１０−２０１１０９号公報

しかしながら、上記従来例では、バッテリーパックの情報が正しいものとして充電制御を行っていた為、バッテリーパックの不具合により間違った情報が送られてきた場合、送られてきた情報が正しいかどうかを判断することが出来なかった。

本発明は、バッテリーパックから得られた情報が正しいかどうかを判断して、充電の安全性を保つことを目的とする。

本発明の充電器は、バッテリーパックに含まれる温度検出素子及び前記バッテリーパックに含まれるコンピュータを用いて検出された温度を示す第１の温度情報と、前記バッテリーパックにおいて検出された電圧を示す第１の電圧情報とを前記バッテリーパックから受信するための通信を行う通信手段と、制御手段と、前記バッテリーパックの電圧を示す第２の電圧情報を出力する第１の検出手段と、前記温度検出素子及び前記制御手段を用いて検出された温度を示す第２の温度情報を出力する第２の検出手段とを有し、前記制御手段は、前記第１の電圧情報に対応する電圧と前記第２の電圧情報に対応する電圧とによる電圧の差分に基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御し、前記制御手段は、前記第１の温度情報に対応する温度と前記第２の温度情報に対応する温度とによる温度の差分に基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする。

本発明によれば、バッテリーパックから得られた情報が正しいかどうかを判断して、充電の安全性を保つことができる。

本発明の第１の実施形態である充電装置２００およびバッテリーパック１００のブロック図である。充電器２００が装着されたバッテリーパック１００を充電する際の動作を説明するフローチャートである。第１の実施形態である充電器２００の測定値確認動作を説明するフローチャートである。第２の実施形態である充電器２００の測定値確認動作を説明するフローチャートである。

以下にこの発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である充電装置の構成例を示す図である。充電器２００は装着されたバッテリーパック１００を充電することができる。

バッテリーパック１００はバッテリーセル１０１と、電池マイコン１０２（電池状態情報出力手段）と、温度検出部１０３と、電流検出部１０４と、電圧検出部１０５と、通信部１０６と、計算部１０７を備えている。バッテリーセル１０１はリチウムイオンセルや、ニッケル水素セルなどの二次電池である。電池マイコン１０２はバッテリーパック１００内に配置され、電流検出部１０４と、電圧検出部１０５と、通信部１０６と、演算制御部１０７を備えている。

温度検出部１０３はサーミスタなどの温度検出素子で構成されており、基準電圧を分圧された電圧値を測定することにより温度検出素子の抵抗値が分かり、温度検出素子の抵抗値からバッテリーパック１００の温度を算出することができる。温度検出部１０３は電池マイコン１０２から供給される基準電圧によって温度検出素子の抵抗値を求める第１の測定方法と、充電制御ＩＣ２０３から供給される基準電圧によって温度検出素子の抵抗値を求める第２の測定方法とが可能となっている。第１の測定方法では電池マイコン１０２がバッテリーパック１００の温度を算出することができ、第２の測定方法では充電器マイコン３０１がバッテリーパック１００の温度を算出することができる。

電流検出部１０４は電流検出抵抗の電圧からバッテリーセル１０１に流れる充放電電流を検出する。電圧検出部１０５はバッテリーセル１０１の電圧を検出する。演算制御部１０７は電流検出部１０４、電圧検出部１０５、通信部１０６を制御するとともに、電池マイコン１０２から供給される基準電圧によって温度検出素子の抵抗値を求めることでバッテリーパック１００の温度を算出することができる。

演算制御部１０７は電流検出部１０４によって検出される充電電流値、電圧検出部１０５によって検出される充電電圧値、算出したバッテリーパック１００の温度やバッテリーセル１０１の充電容量などを電池状態情報として通信部１０６に出力する。演算制御部１０７は電流検出部１０４によって検出されるバッテリーセル１０１への充放電電流を積算することで、バッテリーセル１０１の充電容量を算出することができる。通信部１０６は演算制御部１０７から出力される電池状態情報を充電器２００に送信する。

充電器２００はＡＣ入力部２０１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０２と、充電制御ＩＣ２０３と、電流制御素子２０４と、電流検出素子２０５と、表示部２０６と、充電器マイコン３０１（充電状態情報出力手段）を備えている。充電器マイコン３０１は充電器内に配置され、電流検出部３０２と、電圧検出部３０３と、通信部３０４と、演算制御部３０５を備えている。ＡＣ入力部２０１は商用交流電源に接続され充電器２００への電力を供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２０２は商用交流電源を整流し、充電に使いやすい直流電圧に変換する。

充電制御ＩＣ２０３はバッテリーパック１００への充電電流制御をする。電流制御素子２０４は充電電流を制限するトランジスタ、逆流を防止するダイオードなどの充電電流を制限する素子である。電流検出素子２０５は充電電流を検出するための抵抗器などがある。表示部２０６はＬＥＤやＬＣＤなどの表示素子で、充電器２００の充電状態を使用者に知らせる。電流検出部３０２は電流検出素子２０５の値から充電電流値を検出する。電圧検出部３０３はバッテリーパック１００の端子に供給される充電電圧値を検出するとともに、充電電圧が供給されていない場合には、装着されたバッテリーパック１００の端子電圧を検出することができる。

演算制御部３０５は装着されたバッテリーパック１００の充電制御を行う。演算制御部３０５は電流検出部３０２、電圧検出部３０３、通信部３０４を制御するとともに、充電制御ＩＣ２０３から供給される基準電圧によって温度検出素子の抵抗値を求めることでバッテリーパック１００の温度を算出することができる。演算制御部３０５は電流検出部３０２によって検出されるバッテリーパック１００への充電電流を積算することで、バッテリーセル１０１の充電容量を算出することができる。

ここで、電流検出部３０２によって検出される充電電流値、電圧検出部３０３によって検出される充電電圧値、算出したバッテリーパック１００の温度やバッテリーセル１０１の充電容量などを充電状態情報とする。演算制御部３０５はこれらの充電状態情報と、電池マイコン１０２から送信された電池状態情報とを比較する。そして、その差分が予め設定した値を越える場合には装着されたバッテリーパック１００が異常な状態にあると判断して、充電制御ＩＣへ充電停止信号を送る。通信部３０４はバッテリーパック１００内の通信部１０６と通信して、電池状態情報の受信をする。

図２は、充電器２００が装着されたバッテリーパック１００を充電する際の動作を説明するフローチャートである。

ステップＳ００１にてバッテリーパック１００が装着されたかどうかを判定し、バッテリーパック１００の装着されたことを判定するとステップＳ００２に進む。ステップＳ００２は充電器マイコン３０１がバッテリーパック１００の充電を開始する。ステップＳ００３では、電圧検出部３０３がバッテリーパック１００の端子電圧を検出し、バッテリーパック１００の端子電圧が充電器マイコン３０１と電池マイコン１０２との通信が可能な電圧値であるかどうかを判定する。通信可能な電圧値であると判定される場合には、ステップＳ００４に進む。

ステップＳ００４では充電器マイコン３０１と電池マイコン１０２との通信を開始する。具体的には電池マイコン１０２が演算制御部１０７から出力される電池状態情報を通信部１０６を介して送信され、充電器マイコン３０１が通信部３０４を介してこれを受信している。ステップＳ００５では、装着されたバッテリーパック１００への充電が完了したかどうかを判定する。充電完了は予め設定した充電完了条件を満たしているかどうかで判定し、この充電完了条件を満たしていれば、ステップＳ００６に進み、充電器マイコン３０１が充電制御ＩＣ２０３を制御して、充電を停止する。また、充電完了条件を満たしていなければ、充電を継続する。

図３は、図２に示した充電動作のステップＳ００４〜ステップＳ００５の間に３０秒間隔（所定時間間隔）で繰り返し実行される測定値確認動作を説明するフローチャートである。測定値確認動作とは、充電器マイコン３０１の演算制御部３０５が充電状態情報と、電池マイコン１０２から送信された電池状態情報とを比較して、バッテリーパック１００が異常な状態にあるかどうかを判断する動作である。

ステップＳ１０１では、電池状態情報および充電状態情報に含まれる項目のうち、どの項目について比較をするかを決定する。比較項目が電圧値に決定された場合には、電圧検出部３０３によって検出される充電電圧値と、電圧検出部１０５によって検出される充電電圧値とを比較する。

比較項目が電流値に決定された場合には、電流検出部３０２によって検出される充電電流値と、電流検出部１０４によって検出される充電電流値とを比較する。比較項目が温度に決定された場合には、温度検出部１０３が充電器マイコン３０１に制御されることで検出されるバッテリーパック１００の温度と、温度検出部１０３が電池マイコン１０２に制御されることで検出されるバッテリーパック１００の温度とを比較する。比較項目が充電容量に決定された場合には、充電器マイコン３０１が算出したバッテリーセル１０１の充電容量と、電池マイコン１０２が算出したバッテリーセル１０１の充電容量とを比較する。比較する情報は充電状態情報に含まれる充電電流値と、電池状態情報に含まれる充電電流値のように同じ種類の情報を比較する。

ステップＳ１０２では、電池状態情報と充電状態情報を比較した時に異常かどうかを判断する判定値αを設定する。ステップＳ１０３では、充電器マイコン３０１が少なくもステップＳ１０１にて決定された充電状態情報の項目を検出もしくは算出する。ステップＳ１０４では、充電器マイコン３０１が電池マイコン１０２と通信することによって、バッテリーパック１００の電池状態情報のうち少なくともステップＳ１０１で決定した項目を受信する。ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で検出した充電状態情報の項目とステップＳ１０４で受信したバッテリーパックの電池状態情報の項目とを比較して、その差分を計算する。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で計算した差分が、ステップＳ１０２で設定した判定値α以内であるかどうかを判断する。判定値α以内であればステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７ではバッテリーパック１００が正常な状態であると判断してステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８ではバッテリーパック１００への充電動作を継続する。一方、ステップＳ１０６の判定の結果、判定値α以内にない場合はステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１０９では、バッテリーパック１００が異常な状態であると判断してステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０では充電器マイコン３０１が充電制御ＩＣ２０３を制御して、バッテリーパック１００への充電動作を停止制御する。

図４は本発明の第２の実施形態である充電装置の測定値確認動作を説明するフローチャートである。なお、第２の実施形態の充電装置の構成および充電動作は図１および図２に示した第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図４において、ステップＳ１０１からステップＳ１１０は、図３について説明した第１の実施形態の測定値確認動作と同様である。これらは図３と同一符号をつけることでその説明を省略する。

ステップＳ２０１では、ステップＳ１０３で検出もしくは算出した充電状態情報の項目に対して補正を行う。ステップＳ２０２では、ステップＳ１０４で受信した電池状態情報の項目に対して補正を行う。ステップＳ２０１およびステップＳ２０２で行われる補正は、比較項目を電圧値とした場合に、測定点間の電圧降下を補正することである。

すなわち、電圧検出部３０３によって検出される充電電圧値と、電圧検出部１０５によって検出される充電電圧値ではそれぞれの測定点の間に電圧降下を発生させる要因がある。具体的には、電流制御素子２０４および電流検出素子２０５による電圧降下、充電器２００の端子とバッテリーパック１００の端子との接触抵抗やラインインピーダンスによる電圧降下などを充電器マイコン３０１および電池マイコン１０２が補正する。

１００バッテリーパック
１０１バッテリーセル
１０２マイコン
１０３温度検出部
１０４電流検出部
１０５電圧検出部
１０６通信部
１０７演算制御部
２００充電器
２０１ＡＣ入力部
２０２ＡＣ／ＤＣコンバータ
２０３充電制御ＩＣ
２０４電流制御素子
２０５電流検出素子
２０６表示部
３０１マイコン
３０２電流検出部
３０３電圧検出部
３０４通信部
３０５演算制御部

Claims

バッテリーパックに含まれる温度検出素子及び前記バッテリーパックに含まれるコンピュータを用いて検出された温度を示す第１の温度情報と、前記バッテリーパックにおいて検出された電圧を示す第１の電圧情報とを前記バッテリーパックから受信するための通信を行う通信手段と、
制御手段と、
前記バッテリーパックの電圧を示す第２の電圧情報を出力する第１の検出手段と、
前記温度検出素子及び前記制御手段を用いて検出された温度を示す第２の温度情報を出力する第２の検出手段と
を有し、
前記制御手段は、前記第１の電圧情報に対応する電圧と前記第２の電圧情報に対応する電圧とによる電圧の差分に基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御し、
前記制御手段は、前記第１の温度情報に対応する温度と前記第２の温度情報に対応する温度とによる温度の差分に基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする充電器。
前記制御手段は、前記第１の電圧情報に対応する電圧と前記第２の電圧情報に対応する電圧とによる電圧の差分が第１の所定値よりも大きいか否かに基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする請求項１に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の電圧情報に対応する電圧と前記第２の電圧情報に対応する電圧とによる電圧の差分が前記第１の所定値よりも大きくない場合、前記バッテリーパックの充電を行うことを特徴とする請求項２に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の電圧情報に対応する電圧と前記第２の電圧情報に対応する電圧とによる電圧の差分が前記第１の所定値よりも大きい場合、前記バッテリーパックの充電を停止することを特徴とする請求項２または３に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の温度情報に対応する温度と前記第２の温度情報に対応する温度とによる温度の差分が第２の所定値よりも大きいか否かに基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の温度情報に対応する温度と前記第２の温度情報に対応する温度とによる温度の差分が前記第２の所定値よりも大きくない場合、前記バッテリーパックの充電を行うことを特徴とする請求項５に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の温度情報に対応する温度と前記第２の温度情報に対応する温度とによる温度の差分が前記第２の所定値よりも大きい場合、前記バッテリーパックの充電を停止することを特徴とする請求項５または６に記載の充電器。
前記バッテリーパックの電流を示す第２の電流情報を出力する第３の検出手段を有し、
前記制御手段は、前記バッテリーパックから前記バッテリーパックにおいて検出された電流を示す第１の電流情報が受信された場合、前記第１の電流情報に対応する電流と前記第２の電流情報に対応する電流とによる電流の差分に基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の電流情報に対応する電流と前記第２の電流情報に対応する電流とによる電流の差分が第３の所定値よりも大きいか否かに基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする請求項８に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の電流情報に対応する電流と前記第２の電流情報に対応する電流とによる電流の差分が前記第３の所定値よりも大きくない場合、前記バッテリーパックの充電を行うことを特徴とする請求項９に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の電流情報に対応する電流と前記第２の電流情報に対応する電流とによる電流の差分が前記第３の所定値よりも大きい場合、前記バッテリーパックの充電を停止することを特徴とする請求項９または１０に記載の充電器。
前記バッテリーパックの充電容量を示す第２の充電情報を出力する第４の検出手段を有し、
前記制御手段は、前記バッテリーパックから前記バッテリーパックにおいて検出された充電容量を示す第１の充電情報が受信された場合、前記第１の充電情報に対応する充電容量と前記第２の充電情報に対応する充電容量とによる充電容量の差分を用いて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の充電情報に対応する充電容量と前記第２の充電情報に対応する充電容量とによる充電容量の差分が第４の所定値よりも大きいか否かに基づいて、前記バッテリーパックの充電を制御することを特徴とする請求項１２に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の充電情報に対応する充電容量と前記第２の充電情報に対応する充電容量とによる充電容量の差分が前記第４の所定値よりも大きくない場合、前記バッテリーパックの充電を行うことを特徴とする請求項１３に記載の充電器。
前記制御手段は、前記第１の充電情報に対応する充電容量と前記第２の充電情報に対応する充電容量とによる充電容量の差分が前記第４の所定値よりも大きい場合、前記バッテリーパックの充電を停止することを特徴とする請求項１３または１４に記載の充電器。
前記制御手段から前記温度検出素子に電圧が供給された場合、前記第２の検出手段は、前記第２の温度情報を出力することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の充電器。
前記第２の検出手段は、前記温度検出素子の電圧を検出することによって、前記第２の温度情報を出力することを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の充電器。
前記第１の検出手段は、前記通信手段が前記バッテリーパックと通信を行うことができるか否かを検出するために用いられることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の充電器。
前記第１の検出手段は、前記通信手段が前記バッテリーパックから前記第１の温度情報と前記第１の電圧情報とを受信することができるか否かを検出するために用いられることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の充電器。