JP6760212B2

JP6760212B2 - 充電器、バッテリパック、充電システム

Info

Publication number: JP6760212B2
Application number: JP2017121148A
Authority: JP
Inventors: 藤平　浩志; 浩志藤平
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: JP2019009853A

Description

本発明は、充電技術に関し、特にリフレッシュを実行する充電器、バッテリパック、充電システムに関する。

２次電池を内蔵するバッテリパックは充電器によって充電される。充電器に放電機能が搭載されない場合、メモリ効果を起こしたバッテリの放電容量は回復されない。一方、放電機能を有するある充電器は、充電時に必ず放電を行ってから充電を行うものもあり、バッテリの劣化を早めたり、毎回放電から行うために充電時間がかかってしまったりする。これを改善するために、充電器は、バッテリパックの記憶手段に記憶された充電回数を読み出し、読み出した充電回数が所定の回数であるときだけバッテリパックの２次電池をリフレッシュする（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２８４２３２号公報

例えば、充電回数を所定の回数で除算し、剰余がゼロである場合に、バッテリパックの２次電池がリフレッシュされる。しかしながらこのような処理では、状況によって適切なタイミングでリフレッシュがなされないことがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリパックの２次電池を適切なタイミングでリフレッシュする技術を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の充電器は、バッテリパックを着脱可能な充電器であって、バッテリパックと接続した場合、バッテリパックが数え上げた放電回数の第１値と、リフレッシュが完了したときの放電回数の第２値とをバッテリパックから取得する取得部と、取得部において取得した第１値が、取得部において取得した第２値と、リフレッシュ周期を示す第３値との和以上である場合に、バッテリパックに対してリフレッシュを実行する処理部と、処理部によるリフレッシュが完了した場合、第１値によって第２値を更新し、更新した第２値をバッテリパックに記憶させる指示部と、を備える。

本発明の別の態様は、バッテリパックである。このバッテリパックは、充電器に着脱可能なバッテリパックであって、放電回数の第１値を数え上げる管理部と、リフレッシュが完了したときの放電回数の第２値を記憶する記憶部と、充電器に接続された場合、管理部において数え上げた第１値と、記憶部において記憶した第２値とを充電器に出力する出力部と、新たにリフレッシュが完了した場合、新たにリフレッシュが完了したときの第１値によって更新された第２値を充電器から受けつける入力部とを備える。記憶部は、入力部が受けつけた第２値を記憶する。

本発明のさらに別の態様は、充電システムである。この充電システムは、バッテリパックと、バッテリパックを着脱可能な充電器とを備える。充電器は、バッテリパックと接続した場合、バッテリパックが数え上げた放電回数の第１値と、リフレッシュが完了したときの放電回数の第２値とをバッテリパックから取得する取得部と、取得部において取得した第１値が、取得部において取得した第２値と、リフレッシュ周期を示す第３値との和以上である場合に、バッテリパックに対してリフレッシュを実行する処理部と、処理部によるリフレッシュが完了した場合、第１値によって第２値を更新し、更新した第２値をバッテリパックに記憶させる指示部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、バッテリパックの２次電池を適切なタイミングでリフレッシュできる。

図１（ａ）−（ｆ）は、比較対象となる充電システムの動作概要を示す図である。図２（ａ）−（ｅ）は、比較対象となる充電システムの別の動作概要を示す図である。実施例１に係る充電システムの構成を示す図である。図３の充電器によるリフレッシュ手順を示すフローチャートである。実施例２に係る充電システムの構成を示す図である。

（実施例１）
本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例１は、充電器と、充電器から容易に着脱可能なバッテリパックとを含む充電システムであって、かつバッテリパックの能力低下を緩和するために充電時に自動的にリフレッシュを行う充電システムに関する。バッテリパックに備えられたＮｉ−ＭＨ電池のような２次電池を空にしないまま再充電を繰り返したり、満充電にしないままで使用（放電）を繰り返したりしていると、メモリ効果や不活性化が発生し、使用できる容量が徐々に少なくなる。一方、２次電池を定期的に完全放電したり、完全充電したりすると、容量をある程度回復させることができる。ここで、２次電池を定期的に完全放電したり、完全充電したりすることは「リフレッシュ」と呼ばれる。

例えば、ユーザの判断によって充電器のボタンを押すなどして、リフレッシュが開始される。しかしながら、リフレッシュをユーザ操作で開始させることは面倒である。また、脱着可能な複数のバッテリパックを使用している環境では、それぞれのバッテリパックを個別に管理しているわけではないので、個々のバッテリパックについて、いつリフレッシュを行えばよいか不明である。さらに、バッテリパックは容易に充電器から取り外すことができるので、誤って途中で取り外してしまうとリフレッシュが途中で中断される。その場合、リフレッシュを再度開始するために、再度ボタンを押すなどのユーザ操作が必要になる。

このようなユーザ操作を不要にするために、バッテリパックを充電器に接続した場合に、リフレッシュを毎回実行することがなされる機器がある。しかしながら、リフレッシュの毎回の実行によって充放電の回数が必要以上に増加するので、２次電池の劣化が早くなってしまう。また、放電するための時間が毎回必要になるために充電完了までの時間が長くなる。

これらを改善するために、充電器は、バッテリパックの記憶手段に記憶された充電回数を読み出し、読み出した充電回数が所定の回数である場合に２次電池を放電し、それ以外の場合に２次電池を放電させずに直ちに充電する。具体的には、[バッテリパックの充電回数]＝[所定の回数の整数倍]であればリフレッシュが開始される。しかしながら、このような処理の場合、バッテリパックの使い方によってはバッテリパックの充電回数の値が２度続けて同じになる可能性があるので、リフレッシュが２回連続して実行されることがある。また、リフレッシュがスキップされてしまうこともある。

これらの状況より、バッテリパックの２次電池を適切なタイミングで自動的にリフレッシュすることが望まれる。また、充放電の途中でバッテリパックが充電器から取り外されても、次回以降の動作に破たんが生じないことが望まれる。これは、リフレッシュが正常に完了したのにもかかわらず、次回にリフレッシュが再度実行されてしまったり、リフレッシュが必要であるにもかかわらずリフレッシュがスキップされてしまったりすることを防止することに相当する。

本実施例に係るバッテリパックは、電荷の累積の総放電量が２次電池の容量の所定の割合に達した場合にその回数を放電回数としてカウントし、カウントした値（以下、「第１値」という）を記憶する。また、バッテリパックは、リフレッシュが完了したときの放電回数を第２値として記憶する。一方、バッテリパックを充電する充電器は、バッテリパックを接続した場合に、バッテリパックから第１値と第２値とを読み出す。また、充電器は、リフレッシュ周期を示す第３値を記憶する。充電器は、第１値が、第２値と第３値との和以上であれば、リフレッシュを実行する。リフレッシュ完了後、充電器は、第１値によって第２値を更新し、更新した第２値をバッテリパックに記憶させる。これまでのバッテリパックには第２値が記憶されておらず、そのために充電器は、第２値を利用したり、第２値を更新したりしていない。

図１（ａ）−（ｆ）は、比較対象となる充電システムの動作概要を示す。これは、[バッテリパックの充電回数]＝[所定の回数の整数倍]であればリフレッシュを開始する場合の一例を示す。ここでは、２次電池の容量の９０％を放電したときに放電回数を「１」加算し、放電回数の値を今後「Ｃ値」と呼ぶ。さらに、前述の所定の回数を「３０」とするので、３０回の整数倍、つまり３０回、６０回、９０回・・・のときのみにリフレッシュがなされる。

図１（ａ）では、２次電池の残量が「３０％」であるとし、Ｃ値が「３０」であるとする。このような２次電池を備えたバッテリパックが充電器に置かれる。図１（ｂ）において、Ｃ値が「３０」であるので、充電器は、リフレッシュを開始し、残量が「０％」になるまで自動放電を実行する。残量が「０％」になっても、２次電池の容量の「３０％」だけが放電されているので、Ｃ値は「３０」のままである。残量が「０％」になると、図１（ｃ）のごとく、充電器は、残量が「１００％」になるまで自動充電を実行する。残量が「１００％」になると、バッテリパックが充電器から取り外されて使用される。その結果、図１（ｄ）のごとく、使用放電によって２次電池の容量の「３０％」が使用され、残量が「７０％」になったとする。これにより、図１（ｂ）の場合とあわせて、２次電池の容量の「６０％」が放電されている。

図１（ｅ）では、バッテリパックが充電器に置かれる。Ｃ値は「３０」であるので、充電器は、図１（ｆ）のごとくリフレッシュを開始し、残量が「０％」になるまで自動放電を実行する。２次電池の容量の「３０％」を放電した場合に、図１（ｂ）および図１（ｄ）の場合とあわせて、２次電池の容量の「９０％」が放電されたことになるので、Ｃ値は「３１」に更新される。所定の回数の整数倍のみリフレッシュを実行する処理では、１回目のリフレッシュが完了したタイミング、つまり図１（ｃ）において、Ｃ値が更新されないので、図１（ｆ）のようにリフレッシュが２回連続して実行される。

図２（ａ）−（ｅ）は、比較対象となる充電システムの別の動作概要を示す。これは、[バッテリパックの充電回数]＝[所定の回数の整数倍]であればリフレッシュを開始する場合の別の一例を示す。図２（ａ）では、２次電池の残量が「１００％」ではなく、Ｃ値が「２９」であるとする。このような２次電池を備えたバッテリパックが充電器に置かれる。Ｃ値は「２９」であるので、充電器は、図２（ｂ）のごとくバッテリパックを通常充電する。残量が「１００％」になると、バッテリパックが充電器から取り外されて使用される。その結果、図２（ｃ）のごとく、使用放電によって２次電池の容量の「１００％」が使用され、残量が「０％」になる。その際、Ｃ値が「３０」、「３１」と２回変化する。

図２（ｄ）では、バッテリパックが充電器に置かれる。Ｃ値は「３１」であるので、充電器は、図２（ｅ）のごとくバッテリパックを通常充電する。所定の回数の整数倍のみリフレッシュを実行する処理では、１回目の放電でＣ値が「２」加算されてしまう場合、リフレッシュが実行されない。

図３は、実施例１に係る充電システム４００の構成を示す。充電システム４００は、バッテリパック１００、充電器２００、電源３００を含む。バッテリパック１００は、２次電池部１１０、制御部１１２、記憶部１１４を含み、制御部１１２は、管理部１２０、出力部１２２、入力部１２４を含む。充電器２００は、取得部２１０、記憶部２１２、処理部２１４、充放電部２１６、充電コネクタ２１８、指示部２２０を含む。

バッテリパック１００の２次電池部１１０は、例えば、ニッケル水素電池（Ｎｉ−Ｈ_２）、ニッケル金属水素化物電池（Ｎｉ−ＭＨ）であり、不適切な充電と放電を繰り返すと、メモリ効果や不活性化によって放電できる容量が少なくなることは一般に知られている。バッテリパック１００は充電器２００に着脱可能に構成され、バッテリパック１００を充電器２００に取り付けた場合、２次電池部１１０と充電器２００の充放電部２１６のが接続される。その状態において、充放電部２１６は２次電池部１１０に対して充放電を実行する。ここで、充放電部２１６は、通常時に２次電池部１１０を充電するだけであるが、リフレッシュ時に２次電池部１１０を放電してから充電する。充放電部２１６は、充電コネクタ２１８を介して電源３００に接続されており、電源３００からの電力供給を受けて２次電池部１１０を充電する。

バッテリパック１００の制御部１１２は、バッテリパック１００に備えられたマイクロコンピュータであり、そのうちの管理部１２０は放電回数を数え上げる。管理部１２０において数え上げられた放電回数は、前述の第１値に相当する。具体的に説明すると、制御部１１２は、２次電池部１１０における放電電荷の累積値を測定する。当該測定には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。また、制御部１１２は、累積値に対するしきい値を保持しており、累積値がしきい値に達した場合に、第１値に「１」を加算する。第１値に「１」を加算すると、制御部１１２は累積値を「０」に戻して同様の処理を繰り返す。例えば、しきい値を「９０％」とした場合、制御部１１２は、２次電池部１１０の容量の「９０％」が放電されると第１値に「１」を加算する。なお、制御部１１２は、バッテリパック１００が充電器２００に接続されていなくても測定を常時実行しており、放電状況に応じて累積値および第１値を更新する。制御部１１２は、第１値を記憶部１１４に記憶する。

記憶部１１４は、第１値、つまりＣ値を記憶する。また、記憶部１１４は、リフレッシュが完了したときの放電回数の第２値を記憶する。これは、前回のリフレッシュが完了した時点の第１値に相当する。以下では、第２値を今後Ｌ値と呼ぶ。出力部１２２は、バッテリパック１００が充電器２００に接続された場合、記憶部１１４に記憶したＣ値とＬ値とを充電器２００に出力する。

充電器２００の取得部２１０は、バッテリパック１００を充電器２００に取り付けた場合に、バッテリパック１００の出力部１２２に接続可能な通信インターフェイスである。取得部２１０は、バッテリパック１００と接続した場合、Ｃ値とＬ値とを出力部１２２から取得する。具体的には、取得部２１０は、出力部１２２を介して記憶部１１４からＣ値とＬ値とを読み出す。取得部２１０は、Ｃ値とＬ値とを処理部２１４に出力する。

処理部２１４は、充電器２００に備えられたマイクロコンピュータであり、記憶部２１２を接続する。ここでは、処理部２１４がマスターであり、制御部１１２がスレーブである。記憶部２１２は、リフレッシュ周期を示す第３値を記憶する。これは、リフレッシュ開始回数のしきい値に相応し、今後Ａ値と呼ぶ。処理部２１４は、取得部２１０において取得したＣ値、Ｌ値、記憶部２１２に記憶したＡ値を使用して、リフレッシュを開始するか否かを判定する。リフレッシュを開始する判定はＣ値≧Ｌ値＋Ａ値で示され、この条件が満たされる場合に、処理部２１４はリフレッシュの開始を決定する。一方、この条件が満たされない場合に、処理部２１４はリフレッシュを開始しないことを決定する。これは、Ｃ値が、Ｌ値とＡ値との和以上である場合に、バッテリパック１００に対してリフレッシュを実行することに相当する。

処理部２１４は、リフレッシュを開始しないことを決定した場合、充放電部２１６に通常の充電を実行させる。一方、処理部２１４は、リフレッシュの開始を決定した場合、充放電部２１６に完全放電を実行させた後に、完全充電を実行させる。処理部２１４は、完全充電が完了した場合、つまりリフレッシュが完了した場合、Ｃ値によってＬ値を更新する。例えば、Ｌ値＝０、Ａ値＝３０である場合、Ｃ値は１、２、３、・・・、３０と変化し、Ｃ値が３０である場合にリフレッシュがなされる。リフレッシュが完了すると、Ｌ値は３０に更新される。Ｃ値は３１、３２、３３、・・・、６０と変化し、Ｃ値が６０である場合にリフレッシュがなされる。リフレッシュが完了すると、Ｌ値は６０に更新される。

指示部２２０は、処理部２１４においてＬ値が更新された場合、更新したＬ値をバッテリパック１００に記憶させる。バッテリパック１００の入力部１２４は、更新されたＬ値を指示部２２０から受けつける。記憶部１１４は、入力部１２４が受けつけたＬ値を記憶する。具体的には、これまで記憶したＬ値を新たなＬ値に書きかえる。このような構成によって、図１（ｃ）ように１回目のリフレッシュが完了した場合のみＬ値が更新されるので、リフレッシュが２回連続して実行されない。また、Ｃ値が、Ｌ値とＡ値との和以上であるという判定式を使用するので、図２（ｃ）のようにＣ値が「３１」になっても、リフレッシュがなされる。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

以上の構成による充電システム４００の動作を説明する。図４は、充電器２００によるリフレッシュ手順を示すフローチャートである。取得部２１０がバッテリパック１００を検出しなければ（Ｓ１０のＮ）、待機する。バッテリパック１００を検出した場合（Ｓ１０のＹ）、取得部２１０はＣ値、Ｌ値を取得する（Ｓ１２）。Ｃ値≧（Ｌ値＋Ａ値）である場合（Ｓ１４のＹ）、処理部２１４はリフレッシュ開始を決定する（Ｓ１６）。充放電部２１６は放電処理を実行し（Ｓ１８）、放電が完了しなければ（Ｓ２０のＮ）、ステップ１８に戻る。放電が完了すれば（Ｓ２０のＹ）、充放電部２１６は充電を開始し（Ｓ２２）、充電処理を実行する（Ｓ２４）。Ｃ値≧（Ｌ値＋Ａ値）でない場合（Ｓ１４のＮ）、ステップ１６からステップ２０はスキップされる。充電が完了しなければ（Ｓ２６のＮ）、ステップ２４に戻る。充電が完了すれば（Ｓ２６のＹ）、指示部２２０は、バッテリパック１００に対してＬ値をＣ値によって上書きさせる（Ｓ２８）。充放電部２１６は満充電処理を実行する（Ｓ３０）。

本実施例によれば、Ｃ値が、Ｌ値とＡ値との和以上である場合に、バッテリパックに対してリフレッシュを実行し、リフレッシュが完了した場合、Ｃ値によってＬ値を更新し、更新したＬ値をバッテリパックに記憶させるので、２次電池を適切なタイミングでリフレッシュできる。また、充電器にＡ値を記憶するので、バッテリパックでの記憶を不要にできる。また、Ｃ値と、Ｌ値とを充電器に出力し、新たにリフレッシュが完了した場合、新たにリフレッシュが完了したときのＣ値によって更新されたＬ値を充電器から受けつけるので、２次電池を適切なタイミングでリフレッシュできる。

また、多数のバッテリパックを使用している環境においても、ユーザが設定した放電回数毎に、個々のバッテリについて自動的にリフレッシュを行い、各々のバッテリパックを良好な状態に保つことができる。また、リフレッシュを途中で中断してしまった場合にＬ値を更新しないので、次回充電時に自動的にリフレッシュを再度実行できる。また、次回充電時に自動的にリフレッシュが再度実行されるので、メモリ効果あるいは不活性化を抑制できる。また、完全にリフレッシュが完了した場合、新たなＬ値にＡ値を加えたＣ値になるまでリフレッシュを実行しないので、２次電池の過度な劣化を抑制できる。

（実施例２）
次に、実施例２を説明する。本発明の実施例２は、実施例１と同様に、充電器と、充電器から容易に着脱可能なバッテリパックとを含む充電システムであって、かつバッテリパックの能力低下を緩和するために充電時に自動的にリフレッシュを行う充電システムに関する。実施例１では、第３値をＡ値として充電器に記憶している。一方、実施例２では、リフレッシュ周期を示す第３値をＢ値としてバッテリパックに記憶する。ここでは、これまでとの差異を中心に説明する。

図５は、実施例２に係る充電システム４００の構成を示す。充電システム４００は、バッテリパック１００、充電器２００、電源３００を含む。バッテリパック１００は、２次電池部１１０、制御部１１２、記憶部１１４を含み、制御部１１２は、管理部１２０、出力部１２２、入力部１２４を含む。充電器２００は、取得部２１０、処理部２１４、充放電部２１６、充電コネクタ２１８、指示部２２０を含む。

バッテリパック１００の記憶部１１４は、Ｃ値、Ｌ値に加えてＢ値も記憶する。そのため、Ｂ値として、バッテリパック１００毎に異なる値が設定可能である。つまり、２次電池部１１０のバッテリセルの種類や容量、ケミカルなどに応じた最適な回数を個別に設定することができる。さらに、新しい２次電池部１１０を開発しても、それに応じた回数を設定できる。出力部１２２は、記憶部１１４に記憶したＣ値、Ｌ値に加えてＢ値も充電器２００に出力する。

充電器２００の取得部２１０は、出力部１２２からのＣ値、Ｌ値に加えてＢ値を取得する。処理部２１４は、リフレッシュの開始を判定する際に、取得部２１０において取得したＢ値を使用する。リフレッシュを開始する判定はＣ値≧Ｌ値＋Ｂ値で示される。

本実施例によれば、バッテリパックからＢ値を取得し、取得した第Ｂ値を使用するので、個々のバッテリパックに適したＢ値を設定できる。また、バッテリパックからＢ値を取得し、取得した第Ｂ値を使用するので、２次電池の劣化度合いに応じて、Ｂ値を適応的に変化させることができる。また、Ｂ値を適応的に変化させるので、新品に近いときはＢ値を大きく、古い２次電池に対してＢ値を小さくできる。また、バッテリパックからＢ値を取得し、取得した第Ｂ値を使用するので、充電器でのＢ値の記憶を不要にできる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１００バッテリパック、１１０２次電池部、１１２制御部、１１４記憶部、１２０管理部、１２２出力部、１２４入力部、２００充電器、２１０取得部、２１２記憶部、２１４処理部、２１６充放電部、２１８充電コネクタ、２２０指示部、３００電源、４００充電システム。

Claims

バッテリパックを着脱可能な充電器であって、
前記バッテリパックと接続した場合、前記バッテリパックが数え上げた放電回数の第１値と、前記バッテリパックにリフレッシュが完了したときの放電回数の第２値とを前記バッテリパックから取得する取得部と、
前記取得部において取得した第１値が、前記取得部において取得した第２値と、リフレッシュ周期を示す第３値との和以上である場合に、前記バッテリパックに対してリフレッシュを実行する処理部と、
前記処理部によるリフレッシュが完了した場合、第１値によって第２値を更新し、更新した第２値を前記バッテリパックに記憶させる指示部と、
を備えることを特徴とする充電器。
第３値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記処理部は、前記記憶部に記憶した第３値を使用することを特徴とする請求項１に記載の充電器。
前記取得部は、前記バッテリパックから第３値を取得し、
前記処理部は、前記取得部において取得した第３値を使用することを特徴とする請求項１に記載の充電器。
充電器に着脱可能なバッテリパックであって、
放電回数の第１値を数え上げる管理部と、
リフレッシュが完了したときの放電回数の第２値を記憶する記憶部と、
前記充電器に接続された場合、前記管理部において数え上げた第１値と、前記記憶部において記憶した第２値とを前記充電器に出力する出力部と、
新たにリフレッシュが完了した場合、新たにリフレッシュが完了したときの第１値によって更新された第２値を前記充電器から受けつける入力部とを備え、
前記記憶部は、前記入力部が受けつけた第２値を記憶することを特徴とするバッテリパック。
前記記憶部は、リフレッシュ周期を示す第３値も記憶し、
前記出力部は、前記記憶部において記憶した第３値も前記充電器に出力することを特徴とする請求項４に記載のバッテリパック。
バッテリパックと、
前記バッテリパックを着脱可能な充電器とを備え、
前記充電器は、
前記バッテリパックと接続した場合、前記バッテリパックが数え上げた放電回数の第１値と、前記バッテリパックにリフレッシュが完了したときの放電回数の第２値とを前記バッテリパックから取得する取得部と、
前記取得部において取得した第１値が、前記取得部において取得した第２値と、リフレッシュ周期を示す第３値との和以上である場合に、前記バッテリパックに対してリフレッシュを実行する処理部と、
前記処理部によるリフレッシュが完了した場合、第１値によって第２値を更新し、更新した第２値を前記バッテリパックに記憶させる指示部と、
を備えることを特徴とする充電システム。