JP6297513B2 - 付加機能を有するタイマー制御充電システム - Google Patents

Description

本発明は、ファンやライトなどの付加機能を有する充電池のタイマー制御充電システムであって、例えば、ＵＳＢポートなどの出力電流が制限された電源を利用する充電システムに関する。

従来のニッケル水素などの充電池の充電システムでは、−▲△▼（デルタ）Ｖ検出方式の充電方式を採用しているものが多い（例えば、特許文献１：特開２０１２−２３８４９号公報）。また、過充電対策として、最大充電時間を設定するタイマー方式と併用しているものも多く見られる。

特開２０１２−２３８４９号公報

ＵＳＢポートなどの出力電流に制限のある電源では、ファンやライトなどの付加機能を有する機器を使用する場合、付加機能の消費電流と充電電流の合計値が電源の出力電流の規格値を超えないように充電電流を下げる必要がある。

このようなファンやライトなどの付加機能を有する機器（充電地）において、付加機能の消費電流の影響により小さい電流で充電を行う場合、例えば、ファンなどで多量の電流を使用するなど残りの小さい電流で充電しなければならない場合は、−▲△▼（デルタ）Ｖ検出の満充電検出で満充電を検出できないことがある。

また、タイマー制御で充電管理を行っている場合において、動作モードにかかわらず１つの最大充電時間で管理されていると、付加機能の消費電流で充電電流が変化した場合にも充電終了時間が変わらないため、過充電や、満足に充電できずに充電を終了してしまうことがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、付加機能の動作状態に応じて充電電流の最大値を設定し、充電電流が最大値を超えたり、電源電圧が降下しないようにマイコン制御することができる充電システムを提案するものである。

更に、本発明は、充電開始直前の充電池電圧に応じて最大充電時間を設定することができる充電システムを提案するものである。

本願第１請求項に記載した発明は、出力電流が制限された電源を利用する充電システムであって、付加機能を有する充電池を充電するためのタイマー制御充電システムにおいて、
充電池と、
充電開始からの経過時間をカウントするタイマー機能を備えるとともに、前記充電池の電圧及び電源電圧の監視、並びに、充電電流の制御と監視を行うマイコンと、
切り替え動作により切り替えられる複数のモードを有する付加機能と、
前記切り替え動作により前記付加機能の前記モードの変更を行う付加機能回路と、
前記電源からの電流を前記充電池へ出力制御する充電制御回路と、
前記電源と前記充電池から供給される電流を択一的に切り替えて前記マイコン又は前記充電制御回路へ振り分けて出力する電源切替回路と、
を備え、
前記付加機能の前記モードを前記マイコンで確認して当該モードにおける最大充電時間と充電電流最大値を設定し、更に前記マイコンのタイマー機能を用いて前記充電池の充電開始からの経過時間をカウントし、
前記付加機能の前記モードが変更された場合は、当該変更されたモードにおける充電電流および充電開始から当該モードに変更されるまでの前記カウントされた経過時間に基づき、前記充電電流最大値を変更するとともに、前記最大充電時間を切り替える構成の充電池のタイマー制御充電システムである。

本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記付加機能の前記モードには、少なくとも当該付加機能のオン・オフを含み、また、強・弱などのモードを備えた構成の電池のタイマー制御充電システムである。

本発明によれば、付加機構の消費電流の影響で、−▲△▼（デルタ）Ｖ検出による満充電検出ができないような小さい充電電流で充電を行う場合でも、最大充電時間が設定されているので、タイマー制御で適切に過充電を防止することができる。

また、付加機構の動作モード切り替えで充電電流が増減しても、それに応じた最大充電時間に切り替えることができるため、過充電や満足に充電できずに充電を終了してしまうことを防ぐことができる。

上述の点を具体的な数値を用いて説明すると、例えば、ＵＳＢ電源ポートの出力電流（規格値：５００ｍＡ）で、１Ａｈ容量の充電池を満充電する場合は、５００ｍＡで２時間充電することとなる。ところが、付加機能（ファン：３００ｍＡ）が設けられていて、充電開始後１時間してこのファンをオンにすると、５００ｍＡ供給されていたものが、ファンで３００ｍＡ取られて、充電に供する電流が２００ｍＡになってしまう。従来のようにこのまま当初の充電時間を続けると、残り１時間を２００ｍＡで充電することとなり、結果、充電池には７００ｍＡｈしか充電できないことになる。

また、当初からファンを作動させる場合において、１Ａｈ容量の充電池を満充電する場合は、２００ｍＡで５時間充電することとなる。ところが、充電開始後１時間してこのファンをオフにすると、２００ｍＡ供給されていたものが、ファンの停止で充電に供する電流が５００ｍＡとなり、従来のようにこのまま当初の充電時間を続けると、残り４時間を５００ｍＡで充電することとなり、結果、過充電されることになる。

この点、本発明によれば、モード切り替えで充電電流が増減しても、それに応じた最大充電時間に切り替えることができるため、充電池の過充電を回避して当該充電池の保護がなされる。また、満足に充電できずに充電を終了してしまう事態を回避することができる。

本発明の実施例に係り、タイマー制御充電システムの構成図である。 本発明の実施例に係り、充電動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施例に係り、充電動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本例の充電システムの構成を示す図で、この例では、パソコンなどの電源機器のＵＳＢポートからの電源を利用している。

ＵＳＢポートの電源は、出力電流が制限されており、例えば、ＵＳＢ２．０では、５Ｖ、５００ｍＡの電力供給がなされる。尚、ＵＳＢ２．０のほか、ＵＳＢ３．０（５Ｖ、９００ｍＡ）のものを使用することもできる。

本例の充電システム構成１は、図１に示すように、電源機器１００のＵＳＢポートにＵＳＢケーブルで接続される電源切替回路２、充電池３、タイマー機能を内蔵するマイコン４、付加機能（例えばファン）のモード変更を行う付加機能回路５、電源切替回路２から出力された電流を充電池３へ供給する充電制御回路６を備える。

電源切替回路２は、前記ＵＳＢ電源と充電池３から供給される電流を択一的に切り替えてマイコン４又は充電制御回路６へ振り分けて出力する。

充電池３は、ニッケル水素電池、リチウムイオン２次電池、ニッケルカドミウム電池などの適宜の電池を用いる。

マイコン４は、充電開始からの経過時間をカウントするタイマー機能を備えて、充電池３の電圧及び電源電圧（ＵＳＢ電源）の監視、並びに、充電電流の制御と監視を行う。

付加機能回路５においては、付加機能のモード（オン・オフ、強・弱など）の変更が、例えば切替スイッチによるオン・オフ操作又は強・弱などの複数モードの切替操作によって行われる。

充電制御回路６は、前述したように、電源切替回路２から出力された電流を充電池３へ供給するものであり、その電流の出力はマイコン４により制御される。

上記のように構成される本例の充電システムにおいては、前記付加機能モードを確認して最大充電時間と充電電流最大値を設定する。そして、前記付加機能モードが変更された場合は、当該変更されたモードに基づき、前記充電電流最大値を変更するとともに、前記最大充電時間を切り替えるように構成されている。

以下、図２に示すフローチャートを用いて説明する。

ＵＳＢ電源から充電電流が供給されて電流充電動作が開始されると、ステップ１１０で付加機能モードを確認し、ステップ１２０で、この付加機能を用いた場合と用いない場合のいずれかにおける付加機能モードの最大充電時間を設定し、ステップ１３０で、同様に充電電流最大値Ｉｔｈを設定する。

ステップ１４０で充電を開始し、ステップ１５０で充電時間の計時を開始する。ステップ１６０で付加機能モードが変更されたか否かを判定する。

付加機能モードが変更されたとき（すなわち、付加機能モードがオンであったものがオフに変更されたとき、あるいは、付加機能モードがオフであったものがオンに変更されたとき）は、ステップ１７０で充電電流最大値Ｉｔｈを変更し、ステップ１８０で最大充電時間の切り替えを行う。そして、ステップ１９０で充電経過時間を算出し、ステップ２００で、充電経過時間が最大充電時間以上であるか否かを判定する。

一方、ステップ１６０で、付加機能モードが変更されていないときは、ステップ２００で、充電経過時間が最大充電時間以上であるか否かを判定する。

ステップ２００において、充電経過時間が最大充電時間以上であるときは、ステップ２１０で充電を終了する。

他方、ステップ２００において、充電経過時間が最大充電時間を超えないときは、再びステップ１６０で付加機能モードが変更されたか否かを判定する。

そして、以下、ステップ１７０へ移行して、その余の上述したステップを繰り返すか、あるいは、ステップ２１０へ移行して充電を終了する。

前述の具体的な数値を用いて説明した事例の前者の場合、すなわち、ＵＳＢ電源ポートの出力電流（規格値：５００ｍＡ）で、１Ａｈ容量の充電池を満充電する場合は、最大充電時間を２時間に設定する。そして、そのときの最大電流を、５００ｍＡにして、本例の場合、これ以上の充電電流が流れないように設定する。これにより過充電がなされないように規制する。

充電開始後１時間してこのファンをオンにすると、５００ｍＡ供給されていたものが、ファンで３００ｍＡ取られて、充電に供する電流が２００ｍＡになってしまい、このまま当初の充電時間を続けると、残り１時間を２００ｍＡで充電することとなり、結果、充電池には７００ｍＡｈしか充電できないことになる点は、次のように改良される。

ファンが起動して充電に供する電流が２００ｍＡになると、充電電流最大値を５００ｍＡから２００ｍＡに変更し、これに伴い、最大充電時間を、前記充電電流（５００ｍＡ）と充電経過時間（１時間）に基づいて算出し、爾後、２．５時間に設定する。結果、充電池には１Ａｈ充電される。

また、前記事例の後者の場合、すなわち、当初からファンを作動させる場合において、１Ａｈ容量の充電池を満充電する場合は、２００ｍＡで最大充電時間を５時間に設定する。そして、充電開始後１時間してこのファンをオフにすると、２００ｍＡ供給されていたものが、ファンの停止で充電に供する電流が５００ｍＡとなり、このまま当初の充電時間を続けると、残り４時間を５００ｍＡで充電することとなり、結果、過充電される点は、次のように改良される。

ファンが停止して充電に供する電流が５００ｍＡになると、充電電流最大値を２００ｍＡから５００ｍＡに変更し、これに伴い、最大充電時間を、前記充電電流（２００ｍＡ）と充電経過時間（１時間）に基づいて算出し、爾後、１時間３６分に設定する。結果、充電池には１Ａｈ充電される。

次に、図３のフローチャートのものを説明する。

この例の充電システムは、前例のものに、充電開始直前の充電池の電圧を測定し、この充電池電圧に応じて最大充電時間と充電電流最大値を設定するように構成したものである。また、付加機能が例えばファンのみならず、ライトが備えられている場合のように、付加機能が複数設けられていたり、１つの付加機能に複数モードが設けられているものにも適用することが可能なように構成したものである。

ＵＳＢ電源から充電電流が供給されて電流充電動作が開始されると、ステップ１０１で、充電池の電圧を測定する。更に、ステップ１０２で、付加機能各モードの最大充電時間を算出し、ステップ１１０で付加機能モードを確認する。以下、前例同様に、ステップ１２０で、この付加機能を用いた場合と用いない場合のいずれかにおける付加機能モードの最大充電時間を設定し、ステップ１３０で、同様に充電電流最大値Ｉｔｈを設定する。ステップ１４０で充電が開始されると、以降は図２の場合と同じであるので、説明を省略する。

以上のように、本各例の充電システムによれば、充電池の過充電を回避して当該充電池の保護がなされる。また、モード切り替で充電電流が増減しても、それに応じた最大充電時間に切り替えることができるため、満足に充電できずに充電を終了してしまう事態を回避することができる。

上述した実施例では、パソコンなどの電源機器のＵＳＢポートからの電源を利用した場合を例に採って説明したが、これに限られずに、出力電流が制限された電源機器一般のものを用いることができる。

更に、本発明は、実施例で用いた付加機能に限らず適宜の付加機能を用いることができ、また、その他の付加機能付き二次電池を用いる携帯電話やスマートフォンなどにも応用することができるものである。

本発明の充電システムは、ＵＳＢポートなどの出力電流が制限された電源を利用する充電システム一般に好適に利用することができる。

１ 充電システム構成
２ 電源切替回路
３ 充電池
４ マイコン
５ 付加機能回路
６ 充電制御回路
１００ 電源機器

Claims (2)

1. 出力電流が制限された電源を利用する充電システムであって、付加機能を有する充電池を充電するためのタイマー制御充電システムにおいて、
   充電池と、
   充電開始からの経過時間をカウントするタイマー機能を備えるとともに、前記充電池の電圧及び電源電圧の監視、並びに、充電電流の制御と監視を行うマイコンと、
   切り替え動作により切り替えられる複数のモードを有する付加機能と、
   前記切り替え動作により前記付加機能の前記モードの変更を行う付加機能回路と、
   前記電源からの電流を前記充電池へ出力制御する充電制御回路と、
   前記電源と前記充電池から供給される電流を択一的に切り替えて前記マイコン又は前記充電制御回路へ振り分けて出力する電源切替回路と、
   を備え、
   前記付加機能の前記モードを前記マイコンで確認して当該モードにおける最大充電時間と充電電流最大値を設定し、更に前記マイコンのタイマー機能を用いて前記充電池の充電開始からの経過時間をカウントし、
   前記付加機能の前記モードが変更された場合は、当該変更されたモードにおける充電電流および充電開始から当該モードに変更されるまでの前記カウントされた経過時間に基づき、前記充電電流最大値を変更するとともに、前記最大充電時間を切り替えることを特徴とする充電池のタイマー制御充電システム。
   
2. 前記付加機能の前記モードには、少なくとも当該付加機能のオン・オフのモードを含み、また、強・弱などのモードを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の電池のタイマー制御充電システム。
   

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