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発明の名称 電池パック充電装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−237879
公開日 平成8年(1996)9月13日
出願番号 特願平7−37840
出願日 平成7年(1995)2月27日
代理人
発明者 高橋 健司 / 菅原 徹 / 水流 憲一朗 / 井原 隆
要約 目的
ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池等の二次電池の電池パック充電装置において、確実かつ簡単に充電制御を行う。

構成
二次電池と並列にサーモスタットを備え、電池電圧とサーモスタットの出力信号により、充電の制御、電池パックの着脱、電池の異常判別を行う。
特許請求の範囲
【請求項1】二次電池を内蔵する電池パックと、該電池パックの二次電池を充電する充電装置部とを備えてなり、前記電池パックは二次電池に並列接続されたサーモスタットを内蔵し、前記充電装置部は充電電流を供給する端子とサーモスタットの出力端子とで電池パックに接続され、電池パックに内蔵された二次電池の充電制御を行うように構成したことを特徴とする電池パック付充電装置。
【請求項2】充電装置部は電池パックのサーモスタットの出力端子と充電電流の供給端子により、電池パックの脱着、断線を判定するように構成したことを特徴とする請求項1記載の電池パック充電装置。
【請求項3】充電装置部はサーモスタットの出力信号により、充電を開始し充電を終了するように構成したことを特徴とする請求項1記載の電池パック充電装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池等の二次電池を内蔵する電池パックの充電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポータブル機器、コードレス商品の電源として二次電池は多方面で使われるようになった。コードレス商品の電源として使われる二次電池は、複数個の二次電池が一体化された電池パックで使用される。これらの二次電池は充電をしなければならず、例えばニッケル・カドミウム電池は急速充電が主流になっている。急速充電は、電池性能を維持する上で比較的厳しい環境下に電池を置くことになり、過充電にならないように充電制御を行うことが必要である。急速充電の方式としては、−△V方式、温度制御方式等が実用化されている。−△V方式は、充電時の電池電圧の時間的変化率、すなわち電圧変化率が正から負に変化するピーク電圧を検出し、ピーク電圧から△Vだけ電池電圧が下がったことを検出して充電を停止する。温度制御方式は、サーミスタの抵抗値が周囲温度の変化に応じて変化することを利用している。サーミスタに流れる電流値またはサーミスタの一端の電圧値を測定すればサーミスタ周辺の温度を検出することができる。電池パック内にサーミスタを内蔵し、サーミスタからの出力信号を充電の制御装置に取り込む。充電が終了する頃に電池の温度が高くなるので、そのことを検出し急速充電を終了させる。また、このような電池パックは、特開昭64ー35854号公報に示されているように、サーモスタット(例えばバイメタル式)が二次電池に直列接続され、充放電回路に組み込まれて配置されている。電池温度が所定値以上に上がると、サーモスタットがOFFとなることにより充電時の電池の異常発熱や破裂等を防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】充電装置は充電すべき二次電池が接続されているか否かを検出して充電を開始すればよい。電池パック接続の有無の検出は、機械的スイッチを使用して行う方式が一般的である。しかし、機械的スイッチを使用すると信頼性が低く、装置の小形化には適さない欠点があった。また、二次電池の接続の有無について、電流、電圧により検出することも行われているが、長期放置により電極が不活化したり劣化した二次電池、または過放電された二次電池の場合は誤検出するおそれがあった。また、前記のように電池の発熱や破裂等を防止するためにサーモスタットを充放電回路に直列に組み込んだ場合、充電による温度上昇でなくても温度が上昇した場合には、サーモスタットがOFFとなる。この場合、回路がオープンになってしまい、温度が下がってサーモスタットがONになるまでは充放電を行えず、かつ回路がオープンであるため電池の情報(電池電圧)もわからない。また、前記のように、温度制御方式としてサーミスタを用いるものは、特開昭63−73834号公報に示されている方法等があるが、サーミスタからの出力がアナログ信号であるため回路が複雑になる。本発明の目的は、前記の欠点を改善し、簡単な構成で二次電池の有無を確実に検出するとともに、断線の判別、電池パックの温度情報を得ることができる電池パック付充電装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明に係る電池パック充電装置は、二次電池を内蔵する電池パックと、該電池パックの二次電池を充電する充電装置部とを備えている。前記電池パックは二次電池に並列接続されたサーモスタットを内蔵し、前記充電装置部は充電電流を供給する端子とサーモスタットの出力端子とで電池パックに接続され、電池パックに内蔵された二次電池の充電制御を行うように構成したことを特徴とする。充電装置部は、例えば、電池パックのサーモスタットの出力端子と充電電流の供給端子により、電池パックの脱着、断線を判定するように構成したものである。また、充電装置部は、例えば、サーモスタットの出力信号により、充電を開始し充電を終了するように構成したものである。
【0005】
【作用】本発明によれば、温度検出用のサーモスタットを二次電池と並列に入れるため、サーモスタットがOFFになっても、電池パックの充放電回路がオープンになることはなく、二次電池の電圧がわかる。また、サーモスタットは感熱素子であるため、温度の情報が得られることは勿論であり、温度による充電制御が行える。また、ON−OFFの2値で検出するため、明確な制御をすることができる。出力がアナログ信号のサーミスタの場合のようなAD変換器も不用である。また、サーモスタットの出力と充電電流供給端子出力により、電池パックの有無の検出、断線の検出が行える。
【0006】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。図1は本発明を実施する電池パックと充電装置の一実施例の概略構成を示す図である。1は充電する二次電池5に電流を供給するための直流電源、2は充電をON/OFFするためのスイッチ回路、3はマイクロコンピュータ4とサーモスタット6の基準電源である。サーモスタット6は二次電池5と並列に電池パック内に配置されている。マイクロコンピュータ4は、充電を制御するためのものであり、CPU(セントラル・プロセッシング・ユニット)41、メモリ42、入力ポート43、出力ポート44を内蔵している。入力ポート43には、二次電池5の電圧とサーモスタット6の信号が入力される。この入力をCPU41及びメモリ42によって信号処理し、出力ポート44からスイッチ回路2(トランジスタ)へON/OFFの信号を出し充電制御を行う。図2は電池パック内の電気結線図の構成の一例を示した図である。本実施例の場合、充電される二次電池5は5本組であり、直列に接続されている。サーモスタット6は、二次電池と並列に接続されている。電池パックと充電装置は3端子により接続される。図3(a)(b)は、サーモスタット6とサーミスタの温度に対するそれぞれの出力特性を示したものである。基準電源3の電圧を5Vとしたときの特性を示している。(a)はサーモスタット6の場合であり、46℃以下では出力信号は0Vである。46℃を越えるとサーモスタット6はOFFとなり、マイクロコンピュータへの入力信号は5Vとなる。(b)はサーミスタの場合であり、温度の上昇に対して出力信号は徐々に曲線的に減少する。このように、サーモスタットを温度測定素子に用いた場合、出力がH(high)、L(low)の2値なので、そそのままの出力信号で充電の制御を確実にできる。一方、サーミスタの場合は、出力信号をA/D変換処理してからマイクロコンピュータ4へ入力しなければならない。
【0007】図4は本発明の充電制御アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。二次電池5の充電をスタートすると、まず、ST1により電池パックが装着されたかどうかを判定する。電池パックが装着されたと判断した場合ST2で、マイクロコンピュータ4はスイッチ回路2をONにし急速充電をスタートする。装着されていない場合は、電池パックが装着されるまで待つ。ST2により急速充電をスタートすると、ST3により充電中の電池の異常判定を行う。これは、充電中における電池のショートの有無あるいは断線の有無の判定と、充電中に電池パックが充電装置よりはずされた場合の判定である。前者の場合は、ST5に進み電池異常により充電をストップし、異常表示を行う。後者の場合は、充電する電池パックが無しと判定し、急速充電を停止する。ST3で正常な電池と判定した場合、ST4により充電が完了したか否かの判定を行う。例えば、本実施例の場合、サーモスタット6の出力信号を受けて、マイクロコンピュータ4が二次電池5の温度が設定値を越えたかを判定する。充電が完了と判定した場合、マイクロコンピュータ4はスイッチ回路2をOFFにし急速充電をストップする。
【0008】図5は、図4の充電制御アルゴリズムにおける電池パック装着の有無の判定を示すフローチャートである。まず、ST11により二次電池5の電池電圧が0Vかどうかの判定を行う。0Vでなかった場合はST12によりサーモスタット6の出力信号がLかHかの判定を行い、Lの場合は電池が装着されたと判定しST2に進み充電をスタートする。Hの場合は電池が装着されたが電池温度が高い場合であり、電池温度が下がるのを待ち、温度が下がってから充電に入る。ST11で電池電圧が0Vと検出した場合も、ST13によりサーモスタット6の出力がHかLの判定を行う。ここでHとなった場合は、電池パックが装着されてないと判定し、充電を行わずにスタートに戻る。Lと判定した場合は電池パックは装着されたが0V電池と判定しST14により予備充電を行い、ST15により電池電圧が上昇したかどうかの判定をし、設定値以上であればST2に進み急速充電に移りる。電池電圧が設定値まで上昇しない場合は電池異常と判定し、充電をストップする。
【0009】図6は、図4の充電制御アルゴリズムにおける電池の異常の判定を示すフローチャートである。まず、ST31によりサーモスタット6の信号がHかLの判定をする。Hの場合は、次にST32により二次電池5の電池電圧が0Vかどうかの判定の測定をし、0Vのときは電池がはずされたと判定し充電を停止する。そうでない場合はST4に進む。ST31でサーモスタットがLの場合は、電池電圧を測定しそのレベルにより、セルショートまたは断線と判定する。電池電圧の測定は、図4における電池異常判定の前に常に行っている。まず、ST33により電池電圧が前回測定した値に対し、1.2V低下した場合はセルショートと判断し異常表示により充電をストップする。ST34により測定した電池電圧が0Vであった場合は、回路が断線したと判定し、同じく異常表示により充電を停止する。
【0010】
【発明の効果】このように本発明によれば、サーモスタットを電池と並列に接続して用いるために、二次電池の温度が上昇してサーモスタットがOFFになった場合でも、充放電回路を開にしてしまうことがなく、本来の温度検出素子として用いるほか、電池パックの有無の検出、断線の検出が行えるとともに、充電装置側への出力がON−OFFの2値であるためAD変換処理が不用であり、かつ誤動作もなく、確実に充電制御が行える。




 

 


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