(57)【要約】【課題】冷却ファンによる電池パックの冷却の程度によって、適切な充電電流を選択し、充電時間の短縮及び電池のサイクル寿命を長くすることである。【解決手段】充電開始から所定時間経過した後の電池温度勾配が、電池温度が下降し冷却効果があるとみなせる第一の所定値より小さい場合は充電電流を大きくさせ、電池温度が上昇し冷却効果が有るとみなせない第一の所定値より大きい第二の所定値以上である場合は充電電流を小さくし、第一の所定値と第二の所定値との間にある場合すなわち電池温度の変化が少ない場合は充電電流値が電池パックの電池寿命にとって適正であるとし、充電電流を切換えないようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電流を制御する制御手段と、電池パックを冷却する冷却ファンと、電池温度を検出する電池温度検出手段と、電池温度検出手段により検出された電池温度を記憶する電池温度記憶手段と、電池温度検出手段及び電池温度記憶手段の出力に基づいて電池温度勾配を演算する電池温度勾配演算手段とを備えた充電装置であって、
充電開始から所定時間経過した後の電池温度勾配が、電池温度が下降し冷却効果があるとみなせる第一の所定値より小さい場合は充電電流を大きくし、電池温度が上昇し冷却効果が有るとみなせない第一の所定値より大きい第二の所定値以上である場合は充電電流を小さくし、第一の所定値と第二の所定値の間にある場合すなわち電池温度の変化が少ない時は充電電流を切換えないことを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
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２次電池を充電する充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コードレス工具等の電源に用いられているニッケルカドミニウム電池やニッケル水素電池等を充電する時、大きな充電電流で充電すると短時間で充電できるが、充電時の電池の発熱も大きくなり、電池のサイクル寿命が短くなるため、電池の発熱を抑制するように小さい充電電流で長時間かけて充電する充電装置が提案されている。
【０００３】
一方、充電装置に設けられた冷却ファンにより電池パックを冷却しながら充電を行い、充電時の電池の発熱を抑制して大きな充電電流で短時間で充電する充電装置も提案されている。
【０００４】
上記２つの充電装置は電池パックが強制冷却に対応できるか否か、すなわち冷却ファンからの送風に対して電池パックが風穴等の構造を設けているか否かによってその充電方式が異なっている。
【０００５】
このように冷却対応電池と冷却非対応電池とでは充電方式が異なることを鑑みて、充電時開始時の電池温度勾配が所定値以上であるか以下であるかを判断することにより、充電装置に設置された冷却ファンによる電池パックへの送風による冷却効果の有無を判断して、その結果に応じて、冷却効果が有る時は平均充電電流を大きくし、無い時は平均充電電流を小さくして充電する充電方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１２４４０号公報（請求項１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる充電装置においては、冷却効果の有無により電流を選択するという二者択一的な充電制御となってしまい、例えば、冷却効果が有ると判別する場合と無いと判別する場合の中間的な冷却の具合いに対しては冷却の具合を最大限に活かした充電制御ができるとは言い難い。
【０００８】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、冷却ファンによる電池の冷却の程度によって、適切な充電電流を選択し、充電時間の短縮及び電池のサイクル寿命を長くすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、充電電流を制御する制御手段と、電池パックを冷却する冷却ファンと、電池温度を検出する電池温度検出手段と、電池温度検出手段の出力に基づいて電池温度を記憶する電池温度記憶手段と、電池温度検出手段及び電池温度記憶手段の出力に基づいて電池温度勾配を演算する電池温度勾配演算手段とを備え、充電開始から所定時間経過した後の電池温度勾配が、電池温度が下降し冷却効果があるとみなせる第一の所定値より小さい場合は充電電流を大きくし、電池温度が上昇し冷却効果が有るとみなせない第一の所定値より大きい第二の所定値以上である場合は充電電流を小さくし、第一の所定値と第二の所定値の間にある場合すなわち電池温度の変化が少ない時は、電流値が被充電電池パックの電池寿命にとって適正であるとし、充電電流を切換えないことを技術的特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を示す回路図である。１は交流電源、２は電池パックであり、複数の電池セルを直列接続した電池パック２ａと、電池パック２ａに接触または近接して電池温度を検出する例えばサーミスタ等からなる感温素子２ｂが装備されている。３は電池パック２に流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御伝達信号手段４及び充電電流信号伝達手段５はホトカプラ等からなる。６は電池パック２を冷却する冷却ファン、７は冷却ファン６を駆動する駆動手段であり、トランジスタ７ａ、抵抗７ｂ、７ｃから構成され、マイコン５０の出力ポート５６ｂの出力に応じて冷却ファン６の駆動を制御する。１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路３０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。３０はダイオード３１、３２、チョークコイル３３、平滑用コンデンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２からなる電池電圧検出手段で、電池パック２の端子電圧を分圧する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６ａ、５６ｂ、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。ＣＰＵ５１は、最新の電池温度とＲＡＭ５３に記憶した所定サンプリング時間前にサンプリングした電池温度とから電池温度勾配の演算等を行う。６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる充電電流制御手段、７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、３端子レギュレータ７３、７４、平滑コンデンサ７５〜７７、リセットＩＣ７８からなる定電圧電源で、冷却ファン６、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７８はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。８０は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート５６ａからの信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。９０は抵抗９１、９２からなる電池温度検出手段であり、５Ｖの定電圧源と接続された抵抗９１と、抵抗９２と電池パック２内の感温素子２ｂとによって分圧された電圧を前記マイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力し、電池温度を検出し充電を制御する構成となっている。
【００１１】
電源を投入するとマイコン５０は出力ポート５６ａ、５６ｂをイニシャルセットし、電池パック２の接続待機状態となる（ステップ２０１）。電池パック２を接続すると、マイコン５０は電池接続を電池電圧検出手段４０からの信号により判別する。次いで、出力ポート５６ｂより駆動手段７を介して冷却ファン６を作動し（ステップ２０２）、出力ポート５６ａより充電制御信号伝達手段４を介しＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達すると共に出力ポート５６ａより充電電流設定手段８０を介して充電電流設定基準電圧値Ｖｉ０を演算増幅器６２に印加し、充電電流Ｉ０で充電を開始する（ステップ２０３）。充電開始と同時に電池パック２に流れる充電電流を電流検出手段３により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値Ｖｉ０との差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合はパルス幅を狭めたパルスを、逆の場合パルス幅を広げたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定に保つ。すなわち、電流検出手段３、充電電流制御手段６０、信号伝達手段５、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０を介して充電電流を所定電流値Ｉ０となるように制御する。
【００１２】
次いでＲＡＭ５３における記憶データである３６サンプリング前までの電池温度Ｔｉ−３６、Ｔｉ−３５、……、Ｔｉ−０１と，冷却効果判断終了フラグをイニシャルリセットし（ステップ２０４）、電池温度サンプリングタイマをスタートさせる（ステップ２０５）。サンプリングタイマ時間が△ｔを経過したら（ステップ２０６）、再度サンプリングタイマをスタートさせる（ステップ２０７）。本実施形態において、△ｔは５秒とする。
【００１３】
次いで、感温素子２ａからの電圧を電池温度検出手段９０の抵抗９１，９２で分圧し、その分圧値をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池温度Ｔｉｎとして取り込む（ステップ２０８）。そしてＣＰＵ５１にてＴｉｎと３６サンプリング前のデータＴｉ−３６との差から最新の電池温度勾配としてのｄＴ／ｄｔ（ｉｎ）＝Ｔｉｎ−Ｔｉ−３６を求め（ステップ２０９）、Ｔｉ−３６が∞か否かの判別を行う（ステップ２１０）。ステップ２１０において、Ｔｉ−３６が∞でない場合は、所定時間（この場合は、電池温度を３６サンプリング分サンプリングするだけの時間）が経過したので、冷却判断終了フラグが１であるか否かの判別を行う（ステップ２１１）。ステップ２１０において、Ｔ−３６が∞である場合は、所定時間（この場合は、電池温度を３６サンプリング分サンプリングするだけの時間すなわち３分）が経過していないので、ステップ２１７において満充電の検出を行う。ステップ２１１において、冷却判断終了フラグが１でない場合は、現在の電池温度勾配ｄＴ／ｄｔ（ｉｎ）が所定値Ｐ未満であるか否かを判別する（ステップ２１２）。ステップ２１１において、冷却判断終了フラグが１の場合は、冷却効果の判別に基づく充電電流の切換えが終了しているので、ステップ２１７において満充電の検出を行う。ステップ２１２において、現在の電池温度勾配ｄＴ／ｄｔ（ｉｎ）が所定値Ｐ未満である場合は、冷却効果があると判別し、充電開始時の充電電流Ｉ０を充電電流Ｉ１（Ｉ１＞Ｉ０）と大きくする（ステップ２１３）。ステップ２１２において、現在の電池温度勾配ｄＴ／ｄｔ（ｉｎ）が所定値Ｐ以上である場合は、現在の電池温度勾配ｄＴ／ｄｔ（ｉｎ）が所定値Ｑ（＞Ｐ）より大きいか否かの判別を行う（ステップ２１４）。ステップ２１４において、現在の電池温度勾配ｄＴ／ｄｔ（ｉｎ）が所定値Ｑより大きい場合は、冷却効果が無いと判別し、充電開始時の充電電流Ｉ０を充電電流Ｉ２（Ｉ０＞Ｉ２）と小さくする（ステップ２１５）。ステップ２１４において、現在の電池温度勾配ｄＴ／ｄｔ（ｉｎ）が所定値Ｑ以下である場合は、電池温度の変化が少なく、充電電流値が電池パック２の電池寿命にとって適正であるとし、充電電流を切換えない。
【００１４】
次に、電池温度勾配による充電電流の切換えが終了した時点で、冷却判断終了フラグを１にする（ステップ２１６）。その後、満充電の検出を行う（ステップ２１７）。ステップ２１７の満充電判別は、周知の如く種々の検出方法があるが，例えば，電池電圧検出手段４０の出力に基づいて充電末期のピーク電圧から所定量降下したこと検出して充電を制御する−ΔＶ検出や，電池電圧がピークに達する前に充電を停止することにより過充電を低減し，電池のサイクル寿命を向上させることを目的とし，電池電圧の時間による２階微分値が負になるのを検出して充電を制御する２階微分検出法，電池温度検出手段９０の出力に基づいて充電開始からの電池の温度上昇値が所定の温度上昇値以上になるのを検出して充電を制御するΔＴ検出法，特開昭６２−１９３５１８号，特開平２−２４６７３９号，実開平３−３４６３８号公報等に記載されている充電時における所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）が所定値以上になるのを検出して充電を制御するｄＴ／ｄｔ検出法等の一つないし複数の満充電検出法を用いて行えばよい。
【００１５】
ステップ２１７において，電池パック２が満充電なら，マイコン５０は出力ポート５６ｂより充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達し，充電を停止する（ステップ２１９）。次いで電池パック２が取り出されるのを判別する（ステップ２２０）。電池パック２の取り出しが判別したら、出力ポート５６ｂより駆動手段７を介して冷却ファン６を停止し（ステップ２２１）、ステップ２０１に戻り次の充電の待機状態となる。
【００１６】
ステップ２１７において、電池パック２が満充電でないと判別した場合は記憶手段５３における記憶データである３６サンプリング前までの電池温度Ｔｉ−３６、Ｔｉ−３５、……、Ｔｉ−０１を，Ｔｉ−３５→Ｔｉ−３６、Ｔｉ−３４→Ｔｉ−３５、………、Ｔｉｎ→Ｔｉ−０１にそれぞれの記憶データを１サンプリング前の記憶エリアに移し替え（ステップ２１８）、再度ステップ２０６からの処理を行う。
【００１７】
上記実施形態においては、冷却効果を判別するまでの所定時間をマイコン５０が電池温度を３６サンプリング分サンプリングするだけの時間としたが、これに限るものではなく、例えば充電開始から３分後の電池温度勾配から冷却効果を判別してもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、冷却ファンによる電池の冷却の程度によって、適切な充電電流を選択し、充電時間の短縮及び電池のサイクル寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明充電装置の一実施形態を示す回路図。
【図２】本発明充電装置の動作説明用フローチャートの一例
【符号の説明】
２は電池パック、２ａは電池パック、６は冷却ファン、５０は演算手段５１、記憶手段５３、Ａ／Ｄコンバータ５５等の機能を有する制御手段であるマイコン、９０は電池温度検出手段である。
【図１】
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【図２】
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