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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池等の二次電池を充電するための充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池等の二次電池を充電する方法として、二次電池が満充電状態となる時点(以下、満充電時点という)を検出して該検出時点で充電を終了する充電方法が知られている。
この種の充電方法しては、二次電池の両端の電池電圧値がピーク値となる時点を満充電時点として検出して該検出時点で充電を終了する方法、二次電池の電池温度の変化が急激に増大する時点を満充電時点として検出して該検出時点で充電を終了する方法、二次電池の電池温度と周辺温度との差が増大する時点を満充電時点として検出して該検出時点で充電を終了する方法が知られている。
又、二次電池の電池温度が一定値以上となる時点を満充電時点として検出して該検出時点で充電を終了する方法、二次電池の両端の電池電圧値が一定値以上となる時点を満充電時点として検出して該検出時点で充電を終了する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次電池の電池電圧値がピーク値となる時点を検出する充電方法、二次電池の電池温度の変化が急激に増大する時点を検出する充電方法、及び二次電池の電池温度と周辺温度との差が増大する時点を検出する充電方法においては、充電電流値が０.５〜１.０Ｃ程度である急速充電時にはこれらの時点を容易に検出することが出来るが、充電電流値が０.５Ｃよりも小さい低電流充電時においては、これらの時点を検出することが困難で、二次電池の満充電時点を高い精度で検出することが出来なかった。
又、二次電池の電池温度を検出して該電池温度が一定値以上となる時点を検出する充電方法、及び二次電池の電池電圧値を検出して該電圧値が一定値以上となる時点を検出する充電方法においては、満充電時における電池温度や電池電圧値は、二次電池毎に異なると共に二次電池の経年劣化に応じて変化するため、二次電池の満充電時点を高い精度で検出することが出来なかった。
この様に、従来の何れの充電方法においても、二次電池が満充電状態となる時点を常に高い精度で検出することが出来ない問題があった。
本発明の目的は、二次電池が満充電状態となる時点を常に高い精度で検知することが出来る充電装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る充電装置は、１以上の二次電池からなる電池ユニットを充電するためのものであって、電池ユニットに電力を供給する充電回路と該充電回路の動作を制御する充電制御回路とを具えている。そして、該充電装置の特徴的構成において、充電制御回路は、
電池ユニットの両端の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前回の充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値に基づいて、電池ユニットが満充電状態となる時点を検知するための基準となる基準電圧値を算出する基準値算出手段と、
充電開始後、前記基準値算出手段により算出された基準電圧値を基準として、電圧検出手段により検出された電池電圧値から電池ユニットが満充電状態となる時点を検知し、該検知時点で充電回路の充電動作を終了させる充電終了制御手段とを具えている。
【０００５】
電池ユニットの両端の電池電圧値は、充電時間が長くなるにつれて徐々に増大し、最大値に達した後、略一定となる。ここで、電池ユニットの電池電圧値が最大値に達した時点で、該電池ユニットは満充電状態となる。又、電池電圧値の最大値は、二次電池毎に異なると共に二次電池の経年劣化に応じて変化する。
そこで、上記充電制御回路の基準電圧値算出手段は、前回の充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値に基づいて、電池ユニットの満充電状時点を検知するための基準となる基準電圧値を算出する。
そして、充電開始後、充電終了制御手段は、前記基準電圧値を基準として、電池ユニットの電池電圧値から電池ユニットの満充電時点を検知し、該検知時点で充電回路の充電動作を終了させる。
【０００６】
本発明に係る充電装置においては、上述の如く、前回の充電時に検出された電池電圧値の最大値に基づいて基準電圧値が算出される。従って、電池ユニット毎に経年劣化による最大値の変化に応じた適切な基準電圧値を算出することが出来る。
又、電池ユニットの満充電時点の検知においては、基準電圧値を基準とする検知方式が採用されるので、充電電流値の小さい低電流充電時においても該検知は容易である。
【０００７】
上記充電装置においては、上述の如く、適切な基準電圧値を算出することが出来、然も、二次電池の満充電時点の検知は容易であるので、二次電池の満充電時点の検知について常に高い精度が得られる。
【０００８】
具体的には、電池ユニットが設置された周辺の温度を測定する温度測定手段を具え、前記充電制御回路は、
電池ユニットの周辺温度と充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値との間の関係が格納された最大値関係格納手段と、
充電が終了する度に、充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値に基づいて、前記最大値関係格納手段に格納されている関係を更新する更新手段
とを具え、充電制御回路の前記基準値算出手段は、最大値関係格納手段に格納されている関係に従って、温度測定手段により測定された周辺温度から該温度に応じた最大値を導出し、導出した最大値に基づいて前記基準電圧値を算出する。
【０００９】
電池ユニットの電池電圧値の最大値は、該電池ユニットの周辺温度が上昇するにつれて減小する一方、該電池ユニットの周辺温度が低下するにつれて増大し、電池ユニットの周辺温度と前記最大値との間には一定の関係が成立する。
そこで、上記具体的構成においては、電池ユニットの周辺温度と充電時に検出された電池電圧値の最大値との間の関係が最大値関係格納手段に格納される。そして、かかる関係は、充電が終了する度に、充電時に検出された電池電圧値の最大値に基づいて更新される。
【００１０】
充電の際には、上述の如く最大値関係格納手段に格納されている関係に従って、温度測定手段により測定された周辺温度から該温度に応じた最大値が導出され、導出された最大値に基づいて上記基準電圧値が算出される。ここで、前記関係は、前回の充電時に検出された最大値に基づいて更新されたものである。
この様にして、電池ユニットの周辺温度に応じた適切な最大値に基づいて基準電圧値が算出される。従って、電池ユニットの周辺温度に応じたより適切な基準電圧値を算出することが出来る。
【００１１】
又、具体的には、前記最大値関係格納手段に格納されている関係は、前記温度測定手段により測定された周辺温度を変数とする関数式によって表わされる。
【００１２】
該具体的構成においては、充電制御回路の基準値算出手段は、温度測定手段により測定された周辺温度を変数として前記関数式による演算を実行することによって、電池ユニットの周辺温度に応じた最大値を算出する。ここで、該関数式は、前回の充電時に検出された電池電圧値の最大値に基づいて更新されたものである。
【００１３】
或いは、前記最大値関係格納手段に格納されている関係は、電池ユニットの周辺温度を表わす複数の温度データと、各温度データが表わす周辺温度で前記電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値とを含む最大値テーブルによって表わされ、前記充電制御回路の更新手段は、充電が終了する度に、前記最大値テーブルに書き込まれている複数の最大値の内、温度測定手段により測定された周辺温度に応じた温度データについての最大値を、該充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値に更新する。
【００１４】
該具体的構成においては、充電制御回路の基準値算出手段は、最大値関係格納手段に格納されている最大値テーブルを参照して、温度測定手段により測定された周辺温度から該温度に応じた温度データについての最大値を導出する。
そして、充電制御回路の更新手段は、充電が終了する度に、最大値テーブルに書き込まれている複数の最大値の内、該充電時の周辺温度に応じた温度データについての最大値を、該充電時に検出された電池電圧値の最大値に更新する。この様にして、該テーブルは、充電が終了する度に更新されることになる。
上記具体的構成においては、充電が終了する度に、該充電時の周辺温度に応じた温度データについての最大値のみが更新されるので、基準電圧値の算出の際には、温度測定手段により測定された周辺温度で前回、充電が行なわれたときの最大値が導出されることになる。
従って、電池ユニットの周辺温度に拘わらず、充電が終了する度に関数式が更新される構成に比べて、電池ユニットの周辺温度に応じたより適切な最大値を算出することが出来る。
【００１５】
更に具体的には、前記充電制御回路の基準値算出手段は、電池電圧値の最大値に基づいて該最大値よりも僅かに小さな基準電圧値を算出し、前記充電終了制御手段は、
充電開始後、電圧検出手段により検出された電池電圧値と前記基準電圧値とを比較して、該電池電圧値が該基準電圧値と一致する時点を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された時点から一定時間だけ経過した時点を検知し、該検知時点で充電回路の充電動作を終了させる終了手段
とを具えている。
【００１６】
該具体的構成においては、電池ユニットの電池電圧値の最大値よりも僅かに小さな基準電圧値が算出され、充電開始後、電圧検出手段により検出された電池電圧値と前記基準電圧値とが比較されて、電池電圧値が基準電圧値に一致する時点が検出される。ここで、基準電圧値は、最大値よりも僅かに小さな値であるので、電池ユニットの電池電圧値が最大値となる時点の直前で、前記一致時点が検出されることになる。
この様に、電池電圧値と基準電圧値とを比較して前記一致時点を検出するので、充電電流値の小さい低電流充電時においても、該一致時点の検出は容易であり、該検出について高い精度が得られる。
【００１７】
その後、電池電圧値が基準電圧値と一致した時点から一定時間だけ経過した時点が検知され、該検知時点で充電回路の充電動作が終了する。ここで、一定時間は、電池ユニットの電池電圧値が基準電圧値と一致してから最大値に達するまでに必要な時間、若しくは該時間よりも僅かに長い時間に設定される。又、電池ユニットの電池電圧値は、上述の如く、最大値に達した後、略一定となる。従って、前記一致時点から一定時間が経過した時点では、電池ユニットの電池電圧値は最大値となる。
上記具体的構成においては、上述の如く、電池電圧値が基準電圧値と一致する時点は高い精度で検出される。又、電池電圧値が基準電圧値と一致する時点は最大値となる時点の直前であるため、前記一定時間は短い時間に設定され、電池電圧値が基準電圧値と一致した時点から最大値に達するまでの時間と該一定時間との間の誤差は小さい。従って、電池ユニットの満充電時を高い精度で検知することが出来る。
【００１８】
又、具体的には、前記充電制御回路は、電池ユニットの周辺温度と基準電圧値の算出に用いる演算定数との関係が格納された演算定数関係格納手段を具え、前記基準値算出手段は、演算定数関係格納手段に格納されている関係に従って、前記温度測定手段により測定された周辺温度から該温度に応じた演算定数を導出し、電池電圧値の最大値に該演算定数を用いた演算を施して基準電圧値を算出する。
【００１９】
電池ユニットの電池電圧値が最大値となる直前においては、電池電圧値の上昇率は、電池ユニットの周辺温度が上昇するにつれて減小する一方、電池ユニットの周辺温度が低下するにつれて増大する。
そこで、上記具体的構成においては、電池ユニットの周辺温度と最大値よりも僅かに小さな基準電圧値の算出に用いる演算定数との間の関係を演算定数関係格納手段に格納しておく。ここで、電池ユニットの周辺温度と該演算定数との間の関係は、例えばテーブルや関数式によって表わされる。
【００２０】
充電の際には、上述の如く演算定数関係格納手段に格納されている関係に従って、温度測定手段により測定された周辺温度から該温度に応じた演算定数を導出し、電池ユニットの電池電圧値の最大値に該演算定数を用いた演算を施して基準電圧値を算出する。
この様に、基準電圧値を算出する際、電池ユニットの周辺温度に応じた演算定数が用いられるので、電池ユニットの電池電圧値が基準電圧値と一致する時点は、電池ユニットの周辺温度に拘わらず略同じ時点となり、電池電圧値が基準電圧値と一致する時点から最大値に達する時点までの時間は略一定となる。従って、電池ユニットの電池電圧値は、充電時における電池ユニットの周辺温度に拘わらず、常に、該電池電圧値が基準電圧値と一致した時点から上記一定時間が経過した時点で最大値となる。この様にして、常に高い精度で電池ユニットの満充電時を検知することが出来る。
【００２１】
更に又、具体的には、前記基準値算出手段は、電池電圧値の最大値から前記演算定数を減算することによって基準電圧値を算出する。
【００２２】
上述の如く、電池ユニットの電池電圧値が最大値となる直前においては、電池電圧値の上昇率は、電池ユニットの周辺温度が上昇するにつれて減小する一方、電池ユニットの周辺温度が低下するにつれて増大する。
従って、上記具体的構成においては、電池ユニットの周辺温度と演算定数との関係として、周辺温度が上昇するにつれて演算定数が減小する一方、周辺温度が低下するにつれて演算定数が増大する関係が演算定数関係格納手段に格納される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る充電装置によれば、二次電池が満充電状態となる時点を常に高い精度で検知することが出来る。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、２つの実施例に基づいて具体的に説明する。
第１実施例
本発明を実施すべき電池ユニットは、１以上の二次電池、例えばニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池から構成され、該電池ユニットのプラス端子及びマイナス端子に、図１に示す本発明の充電装置が接続される。
【００２５】
本発明に係る充電装置は、図示の如く、外部電源(13)から供給されるＡＣ１００Ｖの交流電力を直流電力に変換して出力する充電回路(１)を具え、該充電回路(１)からの直流電力が電池ユニット(２)に供給される。
充電回路(１)には、マイクロコンピュータからなる充電制御回路(10)が接続されており、充電回路(１)は、充電制御回路(10)から供給される充電オン／オフ信号に応じて充電動作をオン或いはオフとする。又、充電回路(１)は、充電電流値を２つの値、例えば０.０５Ｃ及び０.２Ｃの何れかの値に設定することが可能であって、充電制御回路(10)から供給される電流制御信号に応じて何れかの充電電流値を設定する。
電池ユニット(２)のプラス端子及びマイナス端子は前記充電制御回路(10)に接続されており、充電制御回路(10)によって電池ユニット(２)の両端の電池電圧値が検出される。
電池ユニット(２)のプラス端子から充電制御回路(10)に至る線路には、定電圧回路(12)が接続されており、該定電圧回路(12)に、上記外部電源(13)が接続されている。
【００２６】
電池ユニット(２)の近傍には、電池ユニット(２)が設置された周辺の温度を測定するための温度センサ(11)が配置されている。温度センサ(11)としては、例えばサーミスタを採用することが出来る。
温度センサ(11)の出力端は充電制御回路(10)に接続されており、充電制御回路(10)によって電池ユニットの周辺温度が検出される。
【００２７】
図２は、充電時における電池ユニット(２)の電池電圧値の変化を表わしている。
図示の如く、電池ユニット(２)の電池電圧値は、充電時間が長くなるにつれて徐々に増大し、ピーク値Ｖｐに達した後、略一定となる。ここで、電池ユニット(２)の電池電圧値がピーク値Ｖｐとなる時点で、電池ユニット(２)は満充電状態となる。
そこで、上記充電装置においては、充電が開始されると、ピーク電圧値Ｖｐよりも僅かに小さな基準電圧値Ｖｂが算出され、電池ユニット(２)の電池電圧値が該基準電圧値Ｖｂと一致する時点が検出される。ここで、基準電圧値Ｖｂは、前回の充電時に最後に検出された電池電圧値、即ちピーク電圧値Ｖｐに基づいて算出される。
そして、前記一致検出時点から一定時間が経過した時点が検知され、該検知時点で充電が終了する。ここで、一定時間は、電池ユニットの電池電圧値が基準電圧値と一致してからピーク値に達するまでに必要な時間、若しくは該時間よりも僅かに長い時間、例えば１時間に設定される。
【００２８】
図１に示す充電制御回路(10)には、メモリ(図示省略)が内蔵されており、該メモリには、電池ユニット(２)の電池電圧値の書込み領域が設けられている。
該メモリの電圧値書込み領域には、電池ユニット(２)の周辺温度が所定温度、例えば２０度であるときのピーク電圧値が書き込まれる。尚、充電装置の初期状態においては、該電圧値書込み領域には初期値が書き込まれている。
充電が開始されると、充電制御回路(10)は、前記電圧値書込み領域に書き込まれているピーク電圧値に対して後述の演算処理を施して基準電圧値を算出する。この演算処理においては、電池ユニット(２)の周辺温度に基づいて温度換算処理が実行される。
充電終了時には、充電制御回路(10)は、該充電時に最後に検出した電池電圧値、即ちピーク電圧値に温度換算処理を施して電池ユニット(２)の周辺温度が前記所定温度であるときのピーク電圧値を算出し、該ピーク電圧値を前記メモリの電圧値書込み領域に上書きして該領域に書き込まれているピーク電圧値を更新する。
次回の充電時には、充電制御回路(10)は、上述の如く更新されたピーク電圧値に基づいて基準電圧値を算出する。
この様にして、充電制御回路(10)は、前回の充電時に検出されたピーク電圧値に基づいて基準電圧値を算出する。
【００２９】
上記基準電圧値を算出する際の演算処理について説明する。
上記基準電圧値は、関数式を用いた演算処理によって算出され、基準電圧値をＶｂ、ピーク電圧値をＶｐとすると、関数式は、例えば下記数１によって表わされる。
【数１】
Ｖｂ＝Ｖｐ−α
【００３０】
ここで、αは、後述の如く電池ユニットの周辺温度に応じて定められる演算定数である。
【００３１】
上記ピーク電圧値Ｖｐは、メモリの電圧値書込み領域に書き込まれているピーク電圧値に温度換算処理を施すことによって算出される。先ず、温度換算処理が必要な理由について説明する。
図３は、電池ユニットの周辺温度が０度、２０度、４０度であるときの充電時における電池ユニットの電池電圧値の変化を表わしている。図示の如く、周辺温度が０度であるときのピーク電圧値Ｖｐ０、周辺温度が２０度であるときのピーク電圧値Ｖｐ２０、周辺温度が４０度であるときのピーク電圧値Ｖｐ４０は、この順で徐々に小さくなっている。
メモリの電圧値書込み領域に書き込まれているピーク電圧値は、上述の如く電池ユニットの周辺温度が所定温度であるときのピーク電圧値である。このため、該ピーク電圧値を充電時における周辺温度に応じたピーク電圧値に温度換算する必要がある。
【００３２】
次に、ピーク電圧値Ｖｐの温度換算処理について具体的に説明する。
図４は、電池ユニットの周辺温度とピーク電圧値との間の関係を表わしている。ここで、図４は、電池ユニットの周辺温度が２０度であるときのピーク電圧値を基準として、該ピーク電圧値と周辺温度が０度、４０度であるときの夫々のピーク電圧値との差を縦軸にとったものである。
図示の如く、電池ユニットの周辺温度が０度であるときのピーク電圧値は、２０度であるときのピーク電圧値よりも０.１Ｖだけ高く、周辺温度が４０度であるときのピーク電圧値は０.１Ｖだけ低い。この様に、ピーク電圧値の差は周辺温度の差に比例するため、電池ユニットの周辺温度とピーク電圧値との間には、一定の関係が成立することになる。
【００３３】
電池ユニットの周辺温度の基準を２０度としたときの温度差をΔＴ、電池ユニットの周辺温度が２０度であるときのピーク電圧値をＶｐｏとすると、ピーク電圧値Ｖｐは、例えば下記数２によって表わされる。
【数２】
Ｖｐ＝ａ・ΔＴ＋Ｖｐｏ
ａ：定数
【００３４】
ここで、Ｖｐｏは、電池ユニットの周辺温度が２０度であるときのピーク電圧値、即ちメモリの電圧値書込み領域に書き込まれているピーク電圧値であり、該ピーク電圧値は、上述の如く、充電が終了する度に更新される。従って、上記関数式は、充電が終了する度に更新されることになる。
【００３５】
又、上記数１で表わされる関数式の演算定数αは、電池ユニットの周辺温度に応じて決定される。先ず、演算定数αが電池ユニットの周辺温度に応じて決定される理由について説明する。
図３に示す如く、電池ユニットの電池電圧値がピーク値に達する直前においては、電池電圧値の上昇率は、周辺温度が上昇するにつれて減小する一方、周辺温度が低下するにつれて増大する。
仮に、電池ユニットの周辺温度に拘わらず、上記演算定数αを一定値とした場合、電池ユニットの電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致する時点が周辺温度毎にまちまちとなって、電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致する時点からピーク値Ｖｐに達する時点までの時間が、電池ユニットの周辺温度が上昇するにつれて長くなる一方、電池ユニットの周辺温度が低下するにつれて短くなる。このため、電池ユニットの周辺温度が高い場合、電池ユニットの電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致した時点から上記一定時間だけ経過した時点では、電池電圧値がピーク値Ｖｐに達しておらず、電池ユニットが満充電状態に達しない虞がある。一方、電池ユニットの周辺温度が低い場合、上記一定時間だけ経過した時点では、電池電圧値がピーク値Ｖｐに達してから長時間が経過しており、過充電となる虞がある。
そこで、電池ユニットの周辺温度に応じて演算定数αが決定される。
【００３６】
上記充電制御回路(10)の内蔵メモリには、図５に示す演算定数テーブルが格納されている。該テーブルには、電池ユニットの周辺温度を表わす複数の温度データと、各温度データが表わす周辺温度に応じた演算定数αの値が書き込まれている。
基準電圧値の算出の際には、該演算定数テーブルが参照されて、電池ユニットの周辺温度から該温度に応じた温度データについての演算定数αが導出される。
【００３７】
図１に示す充電制御回路(10)は、充電が開始された後、先ず、温度センサ(11)の出力信号に基づいて電池ユニット(２)の周辺温度を検出すると共に、内蔵メモリからピーク電圧値を読み出し、検出した周辺温度と読み出したピーク電圧値とを用いて上記数２で表わされる関数式による温度換算を実行して、その時点での周辺温度に応じたピーク電圧値Ｖｐを算出する。又、図５に示す演算定数テーブルを参照して、前記検出した周辺温度から演算定数αを導出する。
続いて、充電制御回路(10)は、前記算出したピーク電圧値Ｖｐと前記導出した演算定数αとを用いて上記数１で表わされる関数式による演算を実行して、基準電圧値Ｖｂを算出する。
【００３８】
その後、充電制御回路(10)は、電池ユニット(２)の電池電圧値を検出して該電池電圧値と前記基準電圧値Ｖｂとを比較する動作を繰り返し、電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致する時点を検出する。そして、該一致検出時点から時間計測を開始して、一定時間が経過する時点を検知し、該検知時点で充電回路(１)に充電動作を終了させる。ここで、一定時間は、上述の如く、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致してからピーク値に達するまでに必要な時間、若しくは該時間よりも僅かに長い時間に設定されている。又、電池ユニット(２)の電池電圧値は、上述の如くピーク値に達した後、略一定となる。従って、一定時間が経過した時点では、電池ユニット(２)の電池電圧値はピーク値となる。
【００３９】
又、充電制御回路(10)は、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致した時点を検出した後においても、電池ユニット(２)の電池電圧値を検出する動作を所定の周期で実行し、前記一定時間の経過を検知した時点で、最後に検出した電池電圧値、即ちピーク電圧値を周辺温度が２０度であるときのピーク電圧値に温度換算する。ここで、温度換算処理は、上記数２で表わされる関数式による演算によって実行され、このときのＶｏは、前記最後に検出された電池電圧値である。その後、充電制御回路(10)は、温度換算処理によって得られたピーク電圧値をメモリの電圧値書込み領域に上書きして、該領域に書き込まれているピーク電圧値を更新する。
【００４０】
上記充電装置においては、上述の如く充電が終了する度に更新されるピーク電圧値、即ち前回の充電時に検出されたピーク電圧値がその時点における電池ユニット(２)の周辺温度に応じたピーク電圧値Ｖｐに温度換算され、温度換算されたピーク電圧値Ｖｐに基づいて基準電圧値Ｖｂが算出される。従って、基準電圧値Ｖｂは、電池ユニット毎に経年劣化による最大値の変化及び周辺温度に応じた適切な値となる。
【００４１】
その後、電池ユニット(２)の電池電圧値と基準電圧値Ｖｂとを比較して、両連圧値の一致時点が検出される。従って、充電電流値の小さい低電流充電時においても、該一致時点の検出は容易であり、該検出について高い精度が得られる。
更にその後、前記一致検出時点から一定時間だけ経過した時点が検知され、該検知時点で充電が終了する。ここで、ピーク電圧値Ｖｐよりも僅かに小さな値が基準電圧値Ｖｂとして算出されるので、一定時間は短い時間に設定される。
上述の如く、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致する時点は高い精度で検出される。又、一定時間は短い時間に設定されるため、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致した時点からピーク値に達するまでの時間と該一定時間との間の誤差は小さい。従って、電池ユニット(２)の電池電圧値がピーク電圧値に達する時点、即ち電池ユニット(２)が満充電状態となる時点が高い精度で検知されることになる。
【００４２】
又、上記数１で表わされる関数式の演算定数αは、上述の如く電池ユニット(２)の周辺温度に応じた値に決定される。例えば、電池ユニットの周辺温度が０度であるときは、図３に示す演算定数α０として０.１の値、電池ユニットの周辺温度が４０度であるときは、演算定数α４０として０.０６の値が決定される。従って、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致する時点は、図中に破線で示す如く、電池ユニット(２)の周辺温度に拘わらず略同じ時点となり、電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致する時点からピーク電圧値に達する時点までの時間は略一定となる。従って、電池ユニット(２)の電池電圧値は、充電時における電池ユニット(２)の周辺温度に拘わらず、常に、該電池電圧値が基準電圧値Ｖｂと一致した時点から上記一定時間が経過した時点でピーク値となり、常に高い精度で電池ユニット(２)の満充電時が検知されることになる。
【００４３】
図６及び図７は、上記充電制御回路(10)による具体的な充電制御手続きを表わしている。尚、充電制御回路(10)には、０.０５Ｃの充電電流値で行なう仮充電の時間を計測するための仮充電タイマ、０.２Ｃの充電電流値で行なう本充電の時間を計測するための本充電タイマ、本充電時において電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致した時点からの時間を計測する満充電タイマが内蔵されている。
図示の如く、先ずステップＳ１にて、０.０５Ｃの充電電流値で仮充電を開始した後、ステップＳ２では仮充電タイマをセットする。
続いてステップＳ３では、電池ユニット(２)の電池電圧値が所定の閾値以上であるか否かを判断する。ここで、電池ユニット(２)が、例えば定格電圧値１.２Ｖの２個の二次電池から構成されている場合、該閾値として２.２Ｖの値が設定される。
ステップＳ３にてノーと判断された場合は、ステップＳ４に移行し、仮充電タイマの出力値に基づいて仮充電の開始から５分間が経過したか否かを判断し、ノーと判断された場合はステップＳ３に戻る。
【００４４】
仮充電が開始されてから５分間が経過するまでに電池ユニット(２)の電池電圧値が前記閾値以上となった場合、その時点で、ステップＳ３にてイエスと判断されて、図７のステップＳ６に移行する。
これに対し、仮充電が開始されてから５分間が経過するまでに電池ユニット(２)の電池電圧値が前記閾値以上とならなかった場合は、５分間が経過した時点でステップＳ４にてイエスと判断されて、ステップＳ５に移行し、仮充電を終了して、上記手続きを終了する。
【００４５】
図７のステップＳ６では、０.２Ｃの充電電流値で本充電を開始した後、ステップＳ７にて本充電タイマをセットし、更にステップＳ８では、上述の如く基準電圧値を算出する。
続いてステップＳ９では、本充電タイマの出力値に基づいて本充電の開始から５時間が経過したか否かを判断し、ノーと判断された場合はステップＳ１０に移行して、電池ユニット(２)の電池電圧値を検出した後、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、検出した電池電圧値が前記基準電圧値と一致するか否かを判断し、ノーと判断された場合は、ステップＳ９に戻る。この様にして、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致するか否かの判断が繰り返されることになる。ここで、該判断は、例えば５秒周期で実行される。
【００４６】
本充電が開始されてから５時間が経過するまでに電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致した場合は、その時点でステップＳ１１にてイエスと判断されてステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２では満充電タイマをセットし、その後、ステップＳ１３では、満充電タイマの出力値に基づいて前記一致時点から１時間が経過したか否かを判断し、ノーと判断された場合はステップＳ１４に移行して、本充電タイマの出力値に基づいて本充電の開始から５時間が経過したか否かを判断する。ここで、ノーと判断された場合は、ステップＳ１５に移行して、電池ユニット(２)の電池電圧値を検出した後、ステップＳ１３に戻る。
【００４７】
その後、本充電の開始から５時間が経過する前に、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致した時点から１時間が経過すると、その時点でステップＳ１３にてイエスと判断されてステップＳ１６に移行する。
これに対し、電池ユニットの電池電圧値が基準電圧値と一致した時点から１時間が経過する前に、本充電の開始から５時間が経過した場合は、その時点でステップＳ１４にてイエスと判断されてステップＳ１６に移行する。
ステップＳ１６では、ステップＳ１５にて最後に検出された電池電圧値、即ちピーク電圧値を周辺温度が２０度であるときのピーク電圧値に温度換算し、これによって得られたピーク電圧値を内蔵メモリの電圧値格納領域に上書きした後、ステップＳ１７では本充電を終了して、上記手続きを終了する。
【００４８】
本充電が開始されてから５時間が経過するまでに電池電圧値が基準電圧値と一致しなかった場合は、５時間が経過した時点でステップＳ９にてイエスと判断されてステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、ステップＳ１０にて最後に検出された電池電圧値、即ちピーク電圧値を周辺温度が２０度であるときのピーク電圧値に温度換算し、これによって得られたピーク電圧値を内蔵メモリの電圧値格納領域に上書きした後、ステップＳ１７では本充電を終了して、上記手続きを終了する。
【００４９】
上記手続きによれば、先ず仮充電が行なわれ、電池ユニット(２)の電池電圧値が所定の閾値以上となった時点で本充電が開始される。これに対し、電池ユニット(２)の電池電圧値が５分以内に所定の閾値以上とならない場合は、該電池ユニット(２)は不良品であると判断されて充電が終了する。
本充電の開始から５時間以内に、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致すると共に該一致時点から１時間が経過した場合は、１時間が経過した時点で充電が終了する。
本充電の開始後、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致するか否かの判断を繰り返している間に本充電の開始から５時間が経過した場合は、５時間が経過した時点で強制的に充電が終了する。又、電池ユニット(２)の電池電圧値が基準電圧値と一致した時点から１時間の時間計測を行なっている間に本充電の開始から５時間が経過した場合は、５時間が経過した時点で強制的に充電が終了する。この様にして、本充電の開始から５時間が経過した時点で強制的に充電が終了するので、過充電が防止される。
【００５０】
本実施例の充電装置によれば、上述の如く、電池ユニット(２)が満充電状態となる時点を常に高い精度で検知することが出来る。
【００５１】
第２実施例
上記第１実施例の充電装置は、基準電圧値の算出の際、上記数２で表わされる関数式による演算を実行することによって、電池ユニットの周辺温度に応じたピーク電圧値を算出するのものであるが、本実施例の充電装置は、図８に示すピーク電圧値テーブルを参照して、電池ユニットの周辺温度に応じたピーク電圧値を導出するものである。
【００５２】
本実施例の充電装置の構成は、充電制御回路を除いて、図１に示す第１実施例の充電装置と同一である。
本実施例の充電制御回路の内蔵メモリには、図７に示すピーク電圧値テーブルが格納されている。該テーブルには、温度範囲データの書込み欄と電圧値の書込み欄とが設けられている。
温度範囲データ書込み欄には、予め、電池ユニット(２)の周辺温度の範囲を表わす複数の温度範囲データが書き込まれている。一方、電圧値書込み欄には、各温度範囲データが表わす温度範囲でのピーク電圧値が書き込まれる。尚、充電装置の初期状態においては、電圧値書込み欄には、初期値が書き込まれている。
【００５３】
充電制御回路は、基準電圧値Ｖｂの算出の際、上記ピーク電圧値テーブルを参照して、電池ユニット(２)の周辺温度から該温度に応じた温度範囲データについてのピーク電圧値Ｖｐを導出すると共に、図５に示す演算定数テーブルを参照して、電池ユニット(２)の周辺温度から該温度に応じた演算定数αを導出する。
続いて、充電制御回路は、前記ピーク電圧値Ｖｐと前記演算定数αとを用いて上記数１によって表わされる関数式による演算を実行して、基準電圧値Ｖｂを算出する。
【００５４】
その後、充電制御回路は、第１実施例と同様に、電池ユニット(２)の電池電圧値が前記基準電圧値Ｖｂと一致する時点を検出し、該検出時点から一定時間が経過した時点で充電回路(１)に充電動作を終了させる。
又、充電制御回路は、充電時に最後に検出した電池電圧値、即ちピーク電圧値を、図８に示すピーク電圧値テーブルの電圧値書込み欄に上書きする。この際、該ピーク電圧値は、前記充電時の周辺温度に応じた温度範囲データについての電圧値書込み欄に書き込まれる。この様にして、該テーブルは、充電が終了する度に更新されることになる。
【００５５】
本実施例の充電装置においては、充電終了時、該充電時の周辺温度に応じた温度範囲データについてのピーク電圧値のみが更新されるので、基準電圧値Ｖｂの算出の際には、その時点で検出された周辺温度で前回、充電が行なわれたときのピーク電圧値が導出されることになる。
従って、電池ユニット(２)の周辺温度に拘わらず、充電が終了する度に関数式が更新される上記第１実施例に比べて、電池ユニット(２)の周辺温度に応じたより適切なピーク電圧値Ｖｐが算出されることになる。この結果、より適切な基準電圧値Ｖｂが算出されることとなって、電池ユニット(２)の満充電時の検知について、より高い精度が得られることになる。
【００５６】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記第１及び第２実施例においては、充電制御回路は、基準電圧値Ｖｂの算出の際、図５に示す演算定数テーブルを参照して電池ユニット(２)の周辺温度から演算定数αを導出する構成を採用しているが、これに拘わらず、電池ユニット(２)の周辺温度を変数とする関数式による演算処理を実行することによって演算定数αを算出する構成を採用することも可能である。
又、上記第１及び第２実施例においては、電池ユニット(２)のピーク電圧値Ｖｐから演算定数αを減算する演算式を用いて基準電圧値Ｖｂを算出する構成を採用しているが、これに拘わらず、ピーク電圧値Ｖｐに演算定数αを乗算する演算式を用いて基準電圧値Ｖｂを算出する構成を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充電装置の構成を表わすブロック図である。
【図２】充電時における電池ユニットの電池電圧値の変化を表わすグラフである。
【図３】電池ユニットの周辺温度が０度、２０度、４０度であるときの充電時における電池ユニットの電池電圧値の変化を表わすグラフである。
【図４】電池ユニットの周辺温度とピーク電圧値との関係を表わすグラフである。
【図５】第１実施例の充電制御回路の内蔵メモリに格納されている演算定数テーブルを表わす図である。
【図６】本発明の充電制御回路による充電制御手続きの前半を表わすフローチャートである。
【図７】上記手続きの後半を表わすフローチャートである。
【図８】第２実施例の充電制御回路の内蔵メモリに格納されているピーク電圧値テーブルを表わす図である。
【符号の説明】
(１) 充電回路
(10) 充電制御回路
(11) 温度センサ
(12) 定電圧回路
(13) 外部電源
(２) 電池ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device for charging a secondary battery such as a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of charging a secondary battery such as a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, a time point at which the secondary battery is fully charged (hereinafter referred to as a fully charged time point) is detected, and charging is performed at the detected time point. Ending charging methods are known.
This type of charging method includes a method in which the time when the battery voltage value at both ends of the secondary battery reaches a peak value is detected as a fully charged time and charging is terminated at the time of detection, and the change in the battery temperature of the secondary battery A method of detecting the time when the battery voltage suddenly increases as a fully charged time and terminating charging at the detected time, and detecting the time when the difference between the battery temperature of the secondary battery and the ambient temperature increases as the fully charged time A method of terminating charging at a time is known.
In addition, a method of detecting a time when the battery temperature of the secondary battery is equal to or higher than a certain value as a fully charged time and terminating charging at the time of detection, A method is known in which charging is detected as a fully charged time and charging is terminated at the detected time.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, a charging method for detecting a time point when the battery voltage value of the secondary battery reaches a peak value, a charging method for detecting a time point when a change in the battery temperature of the secondary battery suddenly increases, and a battery temperature of the secondary battery and its surroundings In the charging method for detecting the time points at which the difference from the temperature increases, these time points can be easily detected at the time of rapid charging where the charging current value is about 0.5 to 1.0 C. At the time of low current charge smaller than 0.5C, it is difficult to detect these time points, and the full charge time of the secondary battery cannot be detected with high accuracy.
Also, a charging method for detecting the battery temperature of the secondary battery and detecting the time when the battery temperature becomes a certain value or more, and the time when the battery voltage value of the secondary battery is detected and the voltage value becomes the certain value or more In the charging method that detects battery charge, the battery temperature and battery voltage at full charge differ for each secondary battery and change according to the aging of the secondary battery. Could not be detected.
As described above, any of the conventional charging methods has a problem that the time point at which the secondary battery is fully charged cannot always be detected with high accuracy.
The objective of this invention is providing the charging device which can always detect the time of a secondary battery becoming a full charge state with high precision.
[0004]
[Means for solving the problems]
A charging device according to the present invention is for charging a battery unit including one or more secondary batteries, and includes a charging circuit that supplies power to the battery unit, and a charging control circuit that controls the operation of the charging circuit. It has. In the characteristic configuration of the charging device, the charging control circuit includes:
Voltage detecting means for detecting a voltage value at both ends of the battery unit;
A reference value calculating means for calculating a reference voltage value serving as a reference for detecting a time point when the battery unit is fully charged based on the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detecting means during the previous charging;
After the start of charging, using the reference voltage value calculated by the reference value calculation means as a reference, the battery voltage value detected by the voltage detection means is used to detect when the battery unit is fully charged, and the charging circuit is detected at the detection time. Charging termination control means for terminating the charging operation.
[0005]
The battery voltage value at both ends of the battery unit gradually increases as the charging time becomes longer, and becomes substantially constant after reaching the maximum value. Here, when the battery voltage value of the battery unit reaches the maximum value, the battery unit is fully charged. In addition, the maximum value of the battery voltage value is different for each secondary battery and changes according to the aging of the secondary battery.
Therefore, the reference voltage value calculation means of the charge control circuit serves as a reference for detecting the fully charged time point of the battery unit based on the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detection means during the previous charge. A reference voltage value is calculated.
Then, after the start of charging, the charging end control means detects the fully charged time point of the battery unit from the battery voltage value of the battery unit based on the reference voltage value, and ends the charging operation of the charging circuit at the detected time point.
[0006]
In the charging device according to the present invention, as described above, the reference voltage value is calculated based on the maximum value of the battery voltage value detected during the previous charging. Accordingly, it is possible to calculate an appropriate reference voltage value corresponding to a change in the maximum value due to aging for each battery unit.
In addition, since the detection method based on the reference voltage value is adopted for the detection when the battery unit is fully charged, the detection is easy even during low current charging with a small charging current value.
[0007]
In the above charging device, as described above, an appropriate reference voltage value can be calculated. However, since it is easy to detect the fully charged time of the secondary battery, the fully charged time of the secondary battery is detected. High accuracy is always obtained.
[0008]
Specifically, it comprises temperature measuring means for measuring the temperature around the battery unit installed, the charging control circuit,
Maximum value relationship storage means storing the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detection means during charging;
Update means for updating the relationship stored in the maximum value relationship storage means based on the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detection means at the time of charging every time charging is completed
The reference value calculation means of the charge control circuit derives a maximum value corresponding to the temperature from the ambient temperature measured by the temperature measurement means according to the relationship stored in the maximum value relationship storage means, The reference voltage value is calculated based on the maximum value.
[0009]
The maximum value of the battery voltage value of the battery unit decreases as the ambient temperature of the battery unit increases, while it increases as the ambient temperature of the battery unit decreases. There is a certain relationship between them.
Therefore, in the above specific configuration, the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the maximum value of the battery voltage value detected during charging is stored in the maximum value relationship storage means. And this relationship is updated based on the maximum value of the battery voltage value detected at the time of charge, whenever charge is complete | finished.
[0010]
When charging, the maximum value corresponding to the temperature is derived from the ambient temperature measured by the temperature measuring unit according to the relationship stored in the maximum value relationship storing unit as described above, and based on the derived maximum value. Thus, the reference voltage value is calculated. Here, the relationship is updated based on the maximum value detected during the previous charging.
In this way, the reference voltage value is calculated based on an appropriate maximum value corresponding to the ambient temperature of the battery unit. Therefore, it is possible to calculate a more appropriate reference voltage value according to the ambient temperature of the battery unit.
[0011]
More specifically, the relationship stored in the maximum value relationship storage means is represented by a function expression having the ambient temperature measured by the temperature measurement means as a variable.
[0012]
In the specific configuration, the reference value calculation means of the charge control circuit performs a calculation according to the functional equation using the ambient temperature measured by the temperature measurement means as a variable, thereby obtaining a maximum value corresponding to the ambient temperature of the battery unit. Is calculated. Here, the function formula is updated based on the maximum value of the battery voltage value detected during the previous charging.
[0013]
Alternatively, the relationship stored in the maximum value relationship storage means includes a plurality of temperature data representing the ambient temperature of the battery unit, and the maximum of the battery voltage value detected by the voltage detection means at the ambient temperature represented by each temperature data. The update means of the charge control circuit is measured by the temperature measurement means among a plurality of maximum values written in the maximum value table each time charging is completed. The maximum value of the temperature data corresponding to the ambient temperature is updated to the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detection means during the charging.
[0014]
In the specific configuration, the reference value calculating means of the charge control circuit refers to the maximum value table stored in the maximum value relation storing means and responds to the temperature from the ambient temperature measured by the temperature measuring means. The maximum value for temperature data is derived.
Then, each time the charging is completed, the updating means of the charging control circuit sets the maximum value for the temperature data according to the ambient temperature at the time of charging among the plurality of maximum values written in the maximum value table. Update the maximum battery voltage value detected during charging. In this way, the table is updated every time charging is completed.
In the above specific configuration, every time charging is completed, only the maximum value of the temperature data corresponding to the ambient temperature at the time of charging is updated. Therefore, when calculating the reference voltage value, the temperature measurement means The maximum value at the time of the previous charging is derived at the measured ambient temperature.
Therefore, regardless of the ambient temperature of the battery unit, it is possible to calculate a more appropriate maximum value according to the ambient temperature of the battery unit, compared to a configuration in which the function formula is updated each time charging is completed.
[0015]
More specifically, the reference value calculation means of the charge control circuit calculates a reference voltage value slightly smaller than the maximum value based on the maximum value of the battery voltage value, and the charge end control means includes:
After the start of charging, the battery voltage value detected by the voltage detection means is compared with the reference voltage value, and a detection means for detecting a time point when the battery voltage value matches the reference voltage value, and detection by the detection means Ending means for detecting a time point after a certain time has elapsed from the point in time when the charging is performed and terminating the charging operation of the charging circuit at the time of detection
And has.
[0016]
In the specific configuration, a reference voltage value slightly smaller than the maximum value of the battery voltage value of the battery unit is calculated, and after the start of charging, the battery voltage value detected by the voltage detection means is compared with the reference voltage value. Thus, a time point at which the battery voltage value matches the reference voltage value is detected. Here, since the reference voltage value is slightly smaller than the maximum value, the coincidence time is detected immediately before the time when the battery voltage value of the battery unit becomes the maximum value.
In this way, since the coincidence time is detected by comparing the battery voltage value and the reference voltage value, the coincidence time can be easily detected even at the time of low current charging with a small charge current value. Accuracy is obtained.
[0017]
Thereafter, a time when a certain time has elapsed from the time when the battery voltage value matches the reference voltage value is detected, and the charging operation of the charging circuit ends at the time of detection. Here, the fixed time is set to a time required until the battery voltage value of the battery unit reaches the maximum value after matching the reference voltage value, or a time slightly longer than the time. Further, as described above, the battery voltage value of the battery unit becomes substantially constant after reaching the maximum value. Therefore, the battery voltage value of the battery unit becomes the maximum value when a certain time has elapsed from the coincidence time.
In the specific configuration, as described above, the time when the battery voltage value matches the reference voltage value is detected with high accuracy. In addition, since the time when the battery voltage value matches the reference voltage value is immediately before the time when the battery voltage value becomes the maximum value, the predetermined time is set to a short time, and the time when the battery voltage value matches the reference voltage value is changed to the maximum value. The error between the time to reach and the certain time is small. Therefore, it is possible to detect when the battery unit is fully charged with high accuracy.
[0018]
Further, specifically, the charge control circuit includes an operation constant relationship storage unit that stores a relationship between an ambient temperature of the battery unit and an operation constant used for calculating the reference voltage value, and the reference value calculation unit includes: In accordance with the relationship stored in the operation constant relationship storage means, an operation constant corresponding to the temperature is derived from the ambient temperature measured by the temperature measurement means, and an operation using the operation constant for the maximum value of the battery voltage value is performed. To calculate a reference voltage value.
[0019]
Immediately before the battery voltage value of the battery unit reaches the maximum value, the rate of increase of the battery voltage value decreases as the ambient temperature of the battery unit increases, while it increases as the ambient temperature of the battery unit decreases.
Therefore, in the above specific configuration, the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the calculation constant used for calculating the reference voltage value slightly smaller than the maximum value is stored in the calculation constant relationship storage means. Here, the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the calculation constant is expressed by a table or a function expression, for example.
[0020]
When charging, in accordance with the relation stored in the arithmetic constant relation storage means as described above, an arithmetic constant corresponding to the temperature is derived from the ambient temperature measured by the temperature measuring means, and the battery voltage value of the battery unit is calculated. A reference voltage value is calculated by performing an operation using the operation constant on the maximum value.
In this way, when calculating the reference voltage value, an arithmetic constant according to the ambient temperature of the battery unit is used. Therefore, the time when the battery voltage value of the battery unit matches the reference voltage value depends on the ambient temperature of the battery unit. At almost the same time, the time from the time when the battery voltage value matches the reference voltage value to the time when the battery voltage value reaches the maximum value is substantially constant. Therefore, the battery voltage value of the battery unit is always the maximum value when the predetermined time has elapsed from the time when the battery voltage value coincides with the reference voltage value, regardless of the ambient temperature of the battery unit during charging. In this way, it is possible to always detect when the battery unit is fully charged with high accuracy.
[0021]
More specifically, the reference value calculation means calculates the reference voltage value by subtracting the calculation constant from the maximum value of the battery voltage value.
[0022]
As described above, immediately before the battery voltage value of the battery unit reaches the maximum value, the rate of increase of the battery voltage value decreases as the ambient temperature of the battery unit increases, while as the ambient temperature of the battery unit decreases. Increase.
Accordingly, in the above specific configuration, the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the computation constant is calculated such that the computation constant decreases as the ambient temperature increases while the computation constant increases as the ambient temperature decreases. It is stored in the constant relationship storage means.
[0023]
【The invention's effect】
According to the charging device of the present invention, it is possible to always detect the time when the secondary battery is fully charged with high accuracy.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described based on two examples.
First embodiment
The battery unit to which the present invention is to be implemented is composed of one or more secondary batteries, for example, nickel-hydrogen batteries and nickel-cadmium batteries, and the positive terminal and the negative terminal of the battery unit are charged with the present invention shown in FIG. The device is connected.
[0025]
As shown in the figure, the charging device according to the present invention comprises a charging circuit (1) for converting AC 100V AC power supplied from an external power source (13) into DC power and outputting the DC power, and from the charging circuit (1). DC power is supplied to the battery unit (2).
A charging control circuit (10) comprising a microcomputer is connected to the charging circuit (1), and the charging circuit (1) is charged in accordance with a charging on / off signal supplied from the charging control circuit (10). Turn the operation on or off. The charging circuit (1) can set the charging current value to two values, for example, 0.05C and 0.2C, and is supplied from the charging control circuit (10). One of the charging current values is set according to the current control signal.
The positive terminal and the negative terminal of the battery unit (2) are connected to the charge control circuit (10), and the battery voltage value at both ends of the battery unit (2) is detected by the charge control circuit (10).
A constant voltage circuit (12) is connected to the line from the positive terminal of the battery unit (2) to the charge control circuit (10), and the external power source (13) is connected to the constant voltage circuit (12). Has been.
[0026]
A temperature sensor (11) for measuring the temperature around the battery unit (2) is disposed in the vicinity of the battery unit (2). For example, a thermistor can be used as the temperature sensor (11).
The output terminal of the temperature sensor (11) is connected to the charge control circuit (10), and the ambient temperature of the battery unit is detected by the charge control circuit (10).
[0027]
FIG. 2 shows a change in the battery voltage value of the battery unit (2) during charging.
As shown in the figure, the battery voltage value of the battery unit (2) gradually increases as the charging time becomes longer, and becomes substantially constant after reaching the peak value Vp. Here, when the battery voltage value of the battery unit (2) reaches the peak value Vp, the battery unit (2) is fully charged.
Therefore, in the above charging device, when charging is started, a reference voltage value Vb slightly smaller than the peak voltage value Vp is calculated, and the battery voltage value of the battery unit (2) matches the reference voltage value Vb. Time is detected. Here, the reference voltage value Vb is calculated based on the battery voltage value that was detected last during the previous charging, that is, the peak voltage value Vp.
Then, a time when a certain time has elapsed from the coincidence detection time is detected, and charging is terminated at the time of detection. Here, the fixed time is set to a time required for reaching the peak value after the battery voltage value of the battery unit matches the reference voltage value, or a time slightly longer than the time, for example, 1 hour.
[0028]
The charging control circuit (10) shown in FIG. 1 has a built-in memory (not shown), and the memory is provided with a battery voltage value writing area of the battery unit (2).
In the voltage value writing area of the memory, the peak voltage value when the ambient temperature of the battery unit (2) is a predetermined temperature, for example, 20 degrees is written. In the initial state of the charging device, an initial value is written in the voltage value writing area.
When charging is started, the charge control circuit (10) calculates a reference voltage value by performing arithmetic processing described later on the peak voltage value written in the voltage value writing area. In this calculation process, a temperature conversion process is executed based on the ambient temperature of the battery unit (2).
At the end of charging, the charging control circuit (10) performs a temperature conversion process on the battery voltage value last detected at the time of charging, that is, the peak voltage value, and the ambient temperature of the battery unit (2) is the predetermined temperature. The peak voltage value is calculated, and the peak voltage value written in the area is updated by overwriting the peak voltage value in the voltage value writing area of the memory.
At the next charging, the charging control circuit (10) calculates the reference voltage value based on the peak voltage value updated as described above.
In this way, the charge control circuit (10) calculates the reference voltage value based on the peak voltage value detected during the previous charge.
[0029]
A calculation process when calculating the reference voltage value will be described.
The reference voltage value is calculated by a calculation process using a function expression. When the reference voltage value is Vb and the peak voltage value is Vp, the function expression is expressed by the
[Expression 1]
Vb = Vp-α
[0030]
Here, α is an arithmetic constant determined according to the ambient temperature of the battery unit as will be described later.
[0031]
The peak voltage value Vp is calculated by subjecting the peak voltage value written in the voltage value writing area of the memory to a temperature conversion process. First, the reason why the temperature conversion process is necessary will be described.
FIG. 3 shows changes in the battery voltage value of the battery unit during charging when the ambient temperature of the battery unit is 0 degrees, 20 degrees, and 40 degrees. As shown in the figure, the peak voltage value Vp when the ambient temperature is 0 degrees.0The peak voltage value Vp when the ambient temperature is 20 degrees20The peak voltage value Vp when the ambient temperature is 40 degrees40Are gradually getting smaller in this order.
The peak voltage value written in the voltage value writing area of the memory is the peak voltage value when the ambient temperature of the battery unit is a predetermined temperature as described above. For this reason, it is necessary to convert the peak voltage value into a peak voltage value corresponding to the ambient temperature during charging.
[0032]
Next, the temperature conversion process of the peak voltage value Vp will be specifically described.
FIG. 4 shows the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the peak voltage value. Here, FIG. 4 shows, with reference to the peak voltage value when the ambient temperature of the battery unit is 20 degrees, the peak voltage value and the respective peak voltage values when the ambient temperature is 0 degrees and 40 degrees. The difference is taken on the vertical axis.
As shown in the figure, the peak voltage value when the ambient temperature of the battery unit is 0 degrees is higher by 0.1 V than the peak voltage value when the ambient temperature is 20 degrees, and the peak voltage value when the ambient temperature is 40 degrees. Is as low as 0.1V. Thus, since the difference in peak voltage value is proportional to the difference in ambient temperature, a certain relationship is established between the ambient temperature of the battery unit and the peak voltage value.
[0033]
Assuming that the temperature difference when the reference of the ambient temperature of the battery unit is 20 degrees is ΔT and the peak voltage value when the ambient temperature of the battery unit is 20 degrees is Vpo, the peak voltage value Vp Represented.
[Expression 2]
Vp = a · ΔT + Vpo
a: Constant
[0034]
Here, Vpo is the peak voltage value when the ambient temperature of the battery unit is 20 degrees, that is, the peak voltage value written in the voltage value writing area of the memory, and the peak voltage value is as described above. Updated every time charging is completed. Therefore, the above function formula is updated every time charging is completed.
[0035]
Further, the operation constant α of the functional expression represented by the
As shown in FIG. 3, immediately before the battery voltage value of the battery unit reaches the peak value, the rate of increase of the battery voltage value decreases as the ambient temperature increases, but increases as the ambient temperature decreases.
If the calculation constant α is set to a constant value regardless of the ambient temperature of the battery unit, the time at which the battery voltage value of the battery unit matches the reference voltage value Vb varies for each ambient temperature, and the battery voltage value Is longer as the ambient temperature of the battery unit is increased, and shorter as the ambient temperature of the battery unit is decreased. For this reason, when the ambient temperature of the battery unit is high, the battery voltage value does not reach the peak value Vp at the time when the predetermined time has elapsed from the time when the battery voltage value of the battery unit matches the reference voltage value Vb. The battery unit may not reach a fully charged state. On the other hand, when the ambient temperature of the battery unit is low, when the predetermined time elapses, a long time has passed since the battery voltage value reached the peak value Vp, and there is a possibility of overcharging.
Therefore, the calculation constant α is determined according to the ambient temperature of the battery unit.
[0036]
An arithmetic constant table shown in FIG. 5 is stored in the built-in memory of the charge control circuit (10). In this table, a plurality of temperature data representing the ambient temperature of the battery unit and the value of the operation constant α corresponding to the ambient temperature represented by each temperature data are written.
When calculating the reference voltage value, the calculation constant table is referred to, and the calculation constant α for temperature data corresponding to the temperature is derived from the ambient temperature of the battery unit.
[0037]
After charging is started, the charge control circuit (10) shown in FIG. 1 first detects the ambient temperature of the battery unit (2) based on the output signal of the temperature sensor (11), and the peak voltage from the built-in memory. A value is read out, temperature conversion is performed by the functional expression expressed by the
Subsequently, the charge control circuit (10) calculates the reference voltage value Vb by executing a calculation according to the functional expression expressed by the
[0038]
Thereafter, the charge control circuit (10) repeats the operation of detecting the battery voltage value of the battery unit (2) and comparing the battery voltage value with the reference voltage value Vb. Detect matching time. Then, time measurement is started from the coincidence detection time point, a time point when a certain time elapses is detected, and the charging circuit (1) is made to end the charging operation at the detection time point. Here, as described above, the predetermined time is set to the time required until the battery voltage value of the battery unit (2) reaches the peak value after reaching the reference voltage value, or a time slightly longer than the time. Has been. The battery voltage value of the battery unit (2) becomes substantially constant after reaching the peak value as described above. Therefore, when a certain time has elapsed, the battery voltage value of the battery unit (2) has a peak value.
[0039]
Further, the charge control circuit (10) performs a predetermined operation for detecting the battery voltage value of the battery unit (2) even after detecting the time when the battery voltage value of the battery unit (2) matches the reference voltage value Vb. When the elapse of the predetermined time is detected, the battery voltage value detected last, that is, the peak voltage value is converted into a peak voltage value when the ambient temperature is 20 degrees. Here, the temperature conversion process is executed by a calculation based on the functional expression represented by the
[0040]
In the above charging device, the peak voltage value updated every time charging is completed as described above, that is, the peak voltage value detected during the previous charging is the peak voltage corresponding to the ambient temperature of the battery unit (2) at that time. The temperature is converted into the value Vp, and the reference voltage value Vb is calculated based on the peak voltage value Vp converted in temperature. Therefore, the reference voltage value Vb is an appropriate value corresponding to the change in the maximum value due to aging and the ambient temperature for each battery unit.
[0041]
Thereafter, the battery voltage value of the battery unit (2) is compared with the reference voltage value Vb, and the coincidence time of the two pressure values is detected. Therefore, even during low current charging with a small charging current value, the coincidence time can be easily detected, and high accuracy can be obtained for the detection.
Thereafter, a time point after a certain time has elapsed from the coincidence detection time point is detected, and charging is terminated at the detection time point. Here, since a value slightly smaller than the peak voltage value Vp is calculated as the reference voltage value Vb, the predetermined time is set to a short time.
As described above, the time when the battery voltage value of the battery unit (2) matches the reference voltage value Vb is detected with high accuracy. Further, since the predetermined time is set to a short time, the error between the time from when the battery voltage value of the battery unit (2) reaches the peak value after the battery voltage value matches the reference voltage value Vb and the predetermined time is small. . Therefore, the time when the battery voltage value of the battery unit (2) reaches the peak voltage value, that is, the time when the battery unit (2) is fully charged is detected with high accuracy.
[0042]
Further, the calculation constant α of the functional expression represented by the
[0043]
6 and 7 show a specific charge control procedure by the charge control circuit (10). The charge control circuit (10) includes a temporary charge timer for measuring the time of temporary charge performed at a charge current value of 0.05C, and a time for main charge performed at a charge current value of 0.2C. And a full charge timer for measuring the time from when the battery voltage value of the battery unit (2) coincides with the reference voltage value during the main charge.
As shown in the figure, first, in step S1, temporary charging is started with a charging current value of 0.05C, and then in step S2, a temporary charging timer is set.
Subsequently, in step S3, it is determined whether or not the battery voltage value of the battery unit (2) is greater than or equal to a predetermined threshold value. Here, when the battery unit (2) is composed of, for example, two secondary batteries having a rated voltage value of 1.2V, a value of 2.2V is set as the threshold value.
When it is determined NO in step S3, the process proceeds to step S4, where it is determined whether or not 5 minutes have elapsed from the start of temporary charging based on the output value of the temporary charging timer. Returns to step S3.
[0044]
If the battery voltage value of the battery unit (2) becomes equal to or higher than the threshold value after 5 minutes from the start of temporary charging, it is determined as YES in step S3, and the step of FIG. The process proceeds to S6.
On the other hand, if the battery voltage value of the battery unit (2) does not exceed the threshold value after the lapse of 5 minutes from the start of temporary charging, the answer is YES in step S4 when 5 minutes have elapsed. Is determined, the process proceeds to step S5, the temporary charging is terminated, and the above procedure is terminated.
[0045]
In step S6 in FIG. 7, the main charging is started at a charging current value of 0.2C, and then the main charging timer is set in step S7. In step S8, the reference voltage value is calculated as described above.
Subsequently, in step S9, it is determined whether or not 5 hours have elapsed from the start of the main charging based on the output value of the main charging timer. If it is determined no, the process proceeds to step S10 and the battery unit (2 ), The process proceeds to step S11. In step S11, it is determined whether or not the detected battery voltage value matches the reference voltage value. If NO is determined, the process returns to step S9. In this way, the determination as to whether or not the battery voltage value of the battery unit (2) matches the reference voltage value is repeated. Here, the determination is executed, for example, at a cycle of 5 seconds.
[0046]
If the battery voltage value of the battery unit (2) coincides with the reference voltage value by 5 hours after the start of the main charging, it is determined as YES at step S11 and the process proceeds to step S12. .
In step S12, a full charge timer is set. After that, in step S13, it is determined whether one hour has elapsed from the coincidence point based on the output value of the full charge timer. If NO, step S14 is determined. Then, based on the output value of the main charging timer, it is determined whether or not five hours have elapsed since the start of the main charging. If it is determined NO, the process proceeds to step S15, and after detecting the battery voltage value of the battery unit (2), the process returns to step S13.
[0047]
Thereafter, if one hour has elapsed from the time when the battery voltage value of the battery unit (2) coincides with the reference voltage value before 5 hours have elapsed since the start of the main charging, it is determined as YES in step S13 at that time. Then, the process proceeds to step S16.
On the other hand, if 5 hours have elapsed from the start of the main charge before 1 hour has elapsed from the time when the battery voltage value of the battery unit matches the reference voltage value, it is determined YES in step S14 at that time. Then, the process proceeds to step S16.
In step S16, the battery voltage value last detected in step S15, that is, the peak voltage value is converted into a peak voltage value when the ambient temperature is 20 degrees, and the peak voltage value obtained thereby is stored in the built-in memory. In step S17, the main charging is terminated and the above procedure is terminated.
[0048]
If the battery voltage value does not match the reference voltage value by the time 5 hours have elapsed since the start of the main charging, it is determined as YES in step S9 when 5 hours have elapsed, and the process proceeds to step S16. . In step S16, the battery voltage value detected last in step S10, that is, the peak voltage value is converted into a peak voltage value when the ambient temperature is 20 degrees, and the peak voltage value obtained thereby is stored in the built-in memory. In step S17, the main charging is terminated and the above procedure is terminated.
[0049]
According to the above procedure, temporary charging is first performed, and main charging is started when the battery voltage value of the battery unit (2) becomes equal to or higher than a predetermined threshold value. On the other hand, if the battery voltage value of the battery unit (2) does not exceed the predetermined threshold value within 5 minutes, it is determined that the battery unit (2) is a defective product, and charging ends.
If the battery voltage value of the battery unit (2) matches the reference voltage value within 5 hours from the start of the main charging and 1 hour has passed since the matching time, the charging ends when 1 hour has passed. .
If 5 hours have passed since the start of the main charge while repeating the determination of whether or not the battery voltage value of the battery unit (2) matches the reference voltage value after the start of the main charge, 5 hours have passed. Charging is forcibly terminated when Also, if 5 hours have passed since the start of the main charge while measuring the time of 1 hour from the time when the battery voltage value of the battery unit (2) coincided with the reference voltage value, the time when 5 hours passed To forcibly terminate charging. In this way, since charging is forcibly terminated when 5 hours have elapsed from the start of the main charging, overcharging is prevented.
[0050]
According to the charging device of the present embodiment, as described above, the time point when the battery unit (2) is fully charged can be detected with high accuracy at all times.
[0051]
Second embodiment
The charging device according to the first embodiment calculates a peak voltage value corresponding to the ambient temperature of the battery unit by executing a calculation according to the functional expression expressed by the
[0052]
The configuration of the charging device of this embodiment is the same as that of the charging device of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the charging control circuit.
A peak voltage value table shown in FIG. 7 is stored in the built-in memory of the charge control circuit of this embodiment. The table includes a temperature range data writing column and a voltage value writing column.
In the temperature range data writing column, a plurality of temperature range data representing the range of the ambient temperature of the battery unit (2) is written in advance. On the other hand, in the voltage value writing column, the peak voltage value in the temperature range represented by each temperature range data is written. In the initial state of the charging device, an initial value is written in the voltage value writing column.
[0053]
When calculating the reference voltage value Vb, the charge control circuit refers to the peak voltage value table and derives the peak voltage value Vp for the temperature range data corresponding to the temperature from the ambient temperature of the battery unit (2). At the same time, with reference to the calculation constant table shown in FIG. 5, a calculation constant α corresponding to the temperature is derived from the ambient temperature of the battery unit (2).
Subsequently, the charge control circuit calculates a reference voltage value Vb by executing a calculation according to the functional expression represented by the
[0054]
Thereafter, as in the first embodiment, the charge control circuit detects a time point when the battery voltage value of the battery unit (2) coincides with the reference voltage value Vb, and charges when a certain time has elapsed from the detection time point. The circuit (1) terminates the charging operation.
Further, the charge control circuit overwrites the battery voltage value last detected at the time of charging, that is, the peak voltage value, in the voltage value writing column of the peak voltage value table shown in FIG. At this time, the peak voltage value is written in a voltage value writing column for temperature range data corresponding to the ambient temperature at the time of charging. In this way, the table is updated every time charging is completed.
[0055]
In the charging device of the present embodiment, when charging is completed, only the peak voltage value for the temperature range data corresponding to the ambient temperature at the time of charging is updated, so when calculating the reference voltage value Vb, Thus, the peak voltage value at the time of the previous charging is derived at the ambient temperature detected in (1).
Therefore, a more appropriate peak voltage corresponding to the ambient temperature of the battery unit (2) than the first embodiment in which the function formula is updated every time charging is completed regardless of the ambient temperature of the battery unit (2). The value Vp is calculated. As a result, a more appropriate reference voltage value Vb is calculated, and higher accuracy can be obtained for detection when the battery unit (2) is fully charged.
[0056]
In addition, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim.
For example, in the first and second embodiments, the charging control circuit calculates the reference constant α from the ambient temperature of the battery unit (2) by referring to the calculation constant table shown in FIG. 5 when calculating the reference voltage value Vb. However, in spite of this, it is also possible to adopt a configuration in which the operation constant α is calculated by executing an operation process using a function expression with the ambient temperature of the battery unit (2) as a variable. Is possible.
In the first and second embodiments, the reference voltage value Vb is calculated using an arithmetic expression that subtracts the arithmetic constant α from the peak voltage value Vp of the battery unit (2). Regardless of this, it is also possible to employ a configuration in which the reference voltage value Vb is calculated using an arithmetic expression that multiplies the peak voltage value Vp by the arithmetic constant α.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charging device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a change in battery voltage value of a battery unit during charging.
FIG. 3 is a graph showing a change in battery voltage value of the battery unit during charging when the ambient temperature of the battery unit is 0 degrees, 20 degrees, and 40 degrees.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the peak voltage value.
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation constant table stored in a built-in memory of the charge control circuit according to the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing the first half of a charge control procedure by the charge control circuit of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing the second half of the procedure.
FIG. 8 is a diagram illustrating a peak voltage value table stored in a built-in memory of the charge control circuit according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
(1) Charging circuit
(10) Charge control circuit
(11) Temperature sensor
(12) Constant voltage circuit
(13) External power supply
(2) Battery unit
Claims (7)
電池ユニットの両端の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前回の充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値に基づいて、電池ユニットが満充電状態となる時点を検知するための基準となる基準電圧値を算出する基準値算出手段と、
充電開始後、前記基準値算出手段により算出された基準電圧値を基準として、電圧検出手段により検出された電池電圧値から電池ユニットが満充電状態となる時点を検知し、該検知時点で充電回路の充電動作を終了させる充電終了制御手段とを具えていることを特徴とする充電装置。A charging device for charging a battery unit comprising one or more secondary batteries, comprising: a charging circuit that supplies power to the battery unit; and a charging control circuit that controls the operation of the charging circuit. The charge control circuit includes:
Voltage detecting means for detecting a voltage value at both ends of the battery unit;
A reference value calculating means for calculating a reference voltage value serving as a reference for detecting a time point when the battery unit is fully charged based on the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detecting means during the previous charging;
After the start of charging, using the reference voltage value calculated by the reference value calculation means as a reference, the battery voltage value detected by the voltage detection means is used to detect when the battery unit is fully charged, and the charging circuit is detected at the detection time. The charging device is characterized by comprising charging termination control means for terminating the charging operation.
電池ユニットの周辺温度と充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値との間の関係が格納された最大値関係格納手段と、
充電が終了する度に、充電時に電圧検出手段により検出された電池電圧値の最大値に基づいて、前記最大値関係格納手段に格納されている関係を更新する更新手段
とを具え、充電制御回路の前記基準値算出手段は、最大値関係格納手段に格納されている関係に従って、温度測定手段により測定された周辺温度から該温度に応じた最大値を導出し、導出した最大値に基づいて前記基準電圧値を算出する請求項１に記載の充電装置。Comprising a temperature measuring means for measuring the temperature around the battery unit installed, the charging control circuit,
Maximum value relationship storage means storing the relationship between the ambient temperature of the battery unit and the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detection means during charging;
An update means for updating the relationship stored in the maximum value relationship storage means based on the maximum value of the battery voltage value detected by the voltage detection means at the time of charging, and a charge control circuit. The reference value calculating means derives a maximum value corresponding to the temperature from the ambient temperature measured by the temperature measuring means according to the relation stored in the maximum value relation storing means, and based on the derived maximum value The charging device according to claim 1, wherein the reference voltage value is calculated.
充電開始後、電圧検出手段により検出された電池電圧値と前記基準電圧値とを比較して、該電池電圧値が該基準電圧値と一致する時点を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された時点から一定時間だけ経過した時点を検知し、該検知時点で充電回路の充電動作を終了させる終了手段
とを具えている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の充電装置。The reference value calculation means of the charge control circuit calculates a reference voltage value slightly smaller than the maximum value based on the maximum value of the battery voltage value, and the charge end control means
A detection means for comparing a battery voltage value detected by a voltage detection means with the reference voltage value after the start of charging, and detecting a time point when the battery voltage value matches the reference voltage value;
5. The apparatus according to claim 1, further comprising: an end unit that detects a time point after a predetermined time has elapsed from the time point detected by the detection unit and ends the charging operation of the charging circuit at the detection time point. Charging device.
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