(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電用電源(1)が、充電するパック電池(2)を切り換えて、充電制御回路(6)を内蔵している複数のパック電池(2)を充電する充電方法において、
充電用電源(1)が、各々のパック電池(2)の充電制御回路(6)に、所定の周期で充電許可信号を順番に出力すると共に、
パック電池(2)の充電制御回路(6)は、パック電池(2)に内蔵している二次電池(5)の充電状態を制御するスイッチング素子(7)と、このスイッチング素子(7)を制御する制御回路(8)とを備えており、
制御回路(8)は、パック電池(2)に内蔵している二次電池(5)が満充電でないときに出力される充電要求信号と、充電用電源(1)から出力される充電許可信号の両方を検出するときにかぎって、スイッチング素子(7)をオンにして二次電池(5)を充電し、充電要求信号と充電許可信号のいずれかが検出されないときにスイッチング素子(7)をオフにして充電しないように制御することを特徴とする複数のパック電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のパック電池を順番にパルス充電する充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のパック電池を満充電する方法は、全てのパック電池を一緒に充電する方法と、順番に切り換えてパック電池を満充電する方法とがある。全てのパック電池を一緒に充電する方法は、それぞれのパック電池を最適な充電電流で充電するために、専用の充電回路を必要とするので、充電器のコストが高くなる。たとえば、４個のパック電池を理想的な状態で充電するには、４組の充電用電源を必要とする。出力電流を４倍とする１組の充電用電源の出力に、４個のパック電池を接続して充電できれば、充電用電源を簡単にできる。しかしながら、このような簡単な充電用電源では、全てのパック電池に、理想的な状態で充電電流を均一に分配して充電できなくなってしまう。たとえば、電圧の低い電池は、電圧が高い電池よりも大電流が流れて、電流を均一に分配できなくなる。
【０００３】
１組の充電用電源に、複数のパック電池を並列に連結する充電方法は、それぞれのパック電池と直列に、充電電流を制御する電流制御回路を連結して、充電電流を理想的な状態に分配することが理論的には可能である。しかしながら、電流制御回路は、それ自体の内部抵抗を調整して、パック電池の充電電流を制御するので、ここで電力を消費する欠点があって、実用化は難しい。電流制御回路は、大電力を制御できる回路に設計する必要があり、部品コストが高くなる。また、電流制御回路で無駄に電力を消費するので、充電用電源の出力電力を大きく設計する必要もある。さらに、電流制御回路での発熱も大きく、大きな放熱フィンを必要とし、このことも部品コストを高くする。
【０００４】
この欠点は、複数のパック電池を、順番に切り換えて充電する方法で解消できる。この充電方法は、満充電された電池を、次々と順番に切り換えて充電するので、１組の充電用電源で、複数のパック電池を理想的な充電電流に制御して満充電できる特長がある。
【０００５】
この充電方法は、特開平４−１０５５２１号公報と、特開平３−１６４０３４号公報に記載される。これ等の公報に記載される充電方法は、最初に、第１のパック電池のみに充電電流を供給して、この電池を満充電する。その後、第１のパック電池が満充電されると、第１のパック電池の充電を遮断して、第２のパック電池にのみ充電電流を供給して、このパック電池を満充電する。このように、第１、第２、第３・・・と切り換えて、パック電池を満充電する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
複数のパック電池を順番に切り換えて満充電する充電方法は、充電電流を小さくして、順番にパック電池を満充電できる。しかしながら、この充電方法は、全てのパック電池を満充電するのに時間がかかる欠点がある。満充電時間を短縮するために、充電電流を大きくすると、電池性能が低下する。パック電池は、好ましい状態で充電できる最大電流が制限されるからである。大電流で急速充電すると、電池温度が上昇し、あるいは、電池に悪い影響を与えて、電池の電気的な性能を低下させる。
【０００７】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路で、複数のパック電池の電池性能を低下させることなく、短時間で満充電できるパック電池の充電方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の大切な目的は、電池温度の上昇を少なくして、全てのパック電池を短時間で満充電できるパック電池の充電方法を提供するにある。
【０００９】
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、安価に製造できる充電用電源で複数のパック電池を短時間で満充電できるパック電池の充電方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の複数のパック電池の充電方法は、充電用電源１が、充電するパック電池２を切り換えて、充電制御回路６を内蔵している複数のパック電池２を充電する。充電用電源１は、各々のパック電池２の充電制御回路６に、所定の周期で充電許可信号を順番に出力する。パック電池２の充電制御回路６は、パック電池２に内蔵している二次電池５の充電状態を制御するスイッチング素子７と、このスイッチング素子７を制御する制御回路８とを備えている。制御回路８は、パック電池２に内蔵している二次電池５が満充電でないときに出力される充電要求信号と、充電用電源１から出力される充電許可信号の両方を検出するときにかぎって、スイッチング素子７をオンにして二次電池５を充電し、充電要求信号と充電許可信号のいずれかが検出されないときにスイッチング素子７をオフにして充電しないように制御する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための複数のパック電池の充電方法を例示するものであって、本発明は複数のパック電池の充電方法を以下のものに特定しない。
【００１２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１３】
図１は、本発明の充電方法に使用する、充電用電源１とパック電池２のブロック図を示している。この図は４組のパック電池２を充電する状態を示している。本発明の充電方法は、複数のパック電池を充電する方法にかかるものであるが、充電するパック電池の数を４組に特定するものではない。
【００１４】
この図に示す充電用電源１は、電源回路３と充電制御信号発生回路４とを備えている。電源回路３は、パック電池２に内蔵される二次電池５を、充電できる電圧と電流を出力する。充電用電源１は、好ましくは、スイッチング電源である。スイッチング電源は、１００ボルトの交流を整流する整流回路と、整流回路から出力される直流をスイッチングするスイッチング回路と、このスイッチング回路でスイッチングされる交流を一次側に入力して、入力される電圧を二次電池５の充電電圧に降下させるトランスと、トランスから出力される交流を整流して直流とするダイオードからなる整流回路と、整流回路の出力電圧と制御回路からの信号で、スイッチング回路がスイッチングするデューティーを制御するＣＶ／ＣＣ制御回路および絶縁用ＰＣ回路とを備えている。電源回路３は、必ずしもスイッチング電源とする必要はない。電源回路は、入力される交流の１００Ｖをトランスで降圧して整流し、整流した直流を、安定化させる回路とすることもできる。
【００１５】
充電制御信号発生回路４は、各々のパック電池２の充電制御回路６に、所定の周期で充電許可信号を順番に出力する。充電制御信号発生回路４は、充電許可信号を信号出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から出力する。信号出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、各々のパック電池２の信号入力端子１１に接続されて、各々のパック電池２をパルス充電する順番とタイミングを決定する充電許可信号をパック電池２に出力する。したがって、信号出力端子は、充電できるパック電池２の数に等しい個数設けられる。図の充電用電源１は、４組のパック電池２をパルス充電するので、４個の信号出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を有する。
【００１６】
充電制御信号発生回路４が信号出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から出力する充電許可信号を図２に示している。この図の充電許可信号は、パック電池２をＣＨ１〜ＣＨ４の順番でパルス充電する。各々のパック電池２を１パルスで充電する充電時間は、充電許可信号のパルス幅で決定される。図の充電許可信号は、パルス幅を１秒として、１パルスの充電時間を１秒としている。ただし、本発明の充電方法は、パック電池をパルス充電する１パルスの充電時間を特定しない。パック電池をパルス充電する１パルスの充電時間は、たとえば、５０ミリ秒〜１０秒、好ましくは０．１〜５秒、さらに好ましくは０．２〜３秒、最適には０．３〜２秒に設定される。
【００１７】
パック電池２の１パルスの充電時間は、電池性能を低下させることなく急速充電できる時間に設定される。さらに、複数のパック電池２をパルス充電するとき、全てのパック電池２を同じ充電電流でパルス充電する方法と、それぞれのパック電池２を異なる充電電流でパルス充電する方法とがある。全てのパック電池２を同じ充電電流で充電する方法は、充電用電源１を簡単な回路にできる。各々のパック電池２を、たとえば、容量に応じて充電電流を変更する方法は、大容量のパック電池２と小容量のパック電池２の充電時間の差を少なくできる。
【００１８】
パルス充電するときの休止時間は、一緒に充電されるパック電池２の個数で決定される。全ての電池を充電するパルスを、順番を切り換えてパルス充電するからである。休止時間は、一緒に充電できる電池の個数をｎ個とし、充電時間をＴとし、さらに、各々のパック電池２の充電の切換インターバル時間をｔとするとき、Ｔ（ｎ−１）＋ｎｔとなる。図２の充電許可信号は、４組のパック電池２を充電し、充電時間Ｔを１秒とし、切換インターバル時間を２５０ミリ秒とするので、充電休止時間は４秒となる。したがって、各々のパック電池２は、１秒充電、４秒充電休止を繰り返してパルス充電される。
【００１９】
各々のパック電池２は、充電用電源１から充電許可信号が入力されるときに、必ず充電されるのではない。パック電池２は、充電状態を制御する充電制御回路６を内蔵している。充電制御回路６は、内蔵している二次電池５の充電状態を制御するスイッチング素子７と、このスイッチング素子７を制御する制御回路８とを備えている。スイッチング素子７がオンになると、二次電池５は充電され、スイッチング素子７がオフになると二次電池５は充電されない。
【００２０】
制御回路８は、内蔵している二次電池５の充電容量を検出して、二次電池５を充電する必要があるときに充電要求信号を出力する充電容量検出回路９と、この充電要求信号と充電許可信号の両方が入力されたときに、スイッチング素子７をオンに制御するアンド回路１０とを備える。充電容量検出回路９は、パック電池２に内蔵している二次電池５が満充電された状態でないときに、充電要求信号を出力する。ただし、充電容量検出回路は、必ずしも二次電池が満状態でないときに限って、充電要求信号を出力しない。それは、パック電池によっては、満状態されない状態、たとえば、満充電に対して８０％充電された状態で充電を停止することもあるからである。
【００２１】
アンド回路１０は、ふたつの入力側に充電許可信号と充電要求信号を入力しており、充電許可信号と充電要求信号が入力されるときに限って、スイッチング素子７をオンに制御し、充電許可信号と充電要求信号のいずれかが入力されない状態では、スイッチング素子７をオフにする。したがって、各々のパック電池２は、充電用電源１から充電許可信号が入力され、かつ、充電容量検出回路９からは充電要求信号がアンド回路１０に入力されるときに限って充電される。充電許可信号は、パルス信号であるため、パック電池２はパルス充電される。
【００２２】
各々のパック電池２に内蔵されるスイッチング素子７は、充電許可信号によって何れかひとつをオン、他をオフ状態に制御して、パック電池２を順番に繰り返しパルス充電する。各々のパック電池２に内蔵されるスイッチング素子７は、順番にオンに切り換えられて、パック電池２を順番にパルス充電する。パック電池２に内蔵された二次電池５が満充電されると、このパック電池２に内蔵される制御回路８は充電要求信号を出力しなくなる。したがって、満充電されたパック電池２は、入力される充電許可信号でスイッチング素子７がオンに切り換えられるタイミングになっても、オンに切り換えられることはなく、充電は停止される。満充電されないパック電池２は、充電容量検出回路９が充電要求信号を出力するので、充電用電源１から入力される充電許可信号で、スイッチング素子７を一定の周期でオンに切り換えて二次電池５を満充電する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のパック電池の充電方法は、複数のパック電池を、電池性能を低下させることなく、短時間で満充電できる特長がある。それは、本発明の充電方法が、複数のパック電池に所定の周期で充電許可信号を順番に出力し、この充電許可信号でもって、各々のパック電池をタイミングをずらせて順番にパルス充電するからである。この状態で充電されるパック電池は、パルス電流で繰り返し充電しながら、一定の時間は充電が休止される。充電を休止しているときに、パルス充電されたパック電池は冷却される。そして、パルス充電したパック電池を冷却しているときに、他のパック電池をパルス充電する。この方法で充電する方法は、一緒に充電するパック電池の個数が多くなると、充電の休止時間が長くなる。休止時間が長くなると、充電するパルス電流を大きくできるので、全体の充電時間が延長されるのを少なくできる。
【００２４】
さらに、本発明の充電方法は、電池温度の上昇を少なくして、全てのパック電池を短時間で満充電できる特長がある。それは、パルス充電して充電を休止する時間、すなわち、大電流でパルス充電した後、電池の冷却時間を有効に利用して、他のパック電池を充電するからである。この特長は、多数のパック電池を満充電するときに特に大切である。それは、従来の充電方法では、充電するパック電池の個数が多くなるにしたがって、全体の充電時間が長くなるからである。本発明の充電方法は、一緒に充電する電池の個数が多くなっても、パルス充電して休止するときに、他のパック電池を充電するので、多数のパック電池を短時間で満充電できる。とくに、一緒に充電するパック電池が多くなると、充電を休止する時間が長くなるので、パルス充電するピーク電流を大きくして、急速充電する時間が延長されるのを少なくできる。
【００２５】
さらにまた、本発明の充電方法は、安価に製造できる充電回路を使用し、複数のパック電池を短時間で満充電できる特長も実現される。それは、本発明の充電方法が、パック電池に内蔵されるスイッチング素子をオンオフに切り換えて、全てのパック電池を理想的な状態で満充電できるからである。
【００２６】
さらに、本発明のパック電池の充電方法は、充電用電源から各々のパック電池に、所定の周期で充電許可信号を順番に出力し、パック電池側では、この充電許可信号に加えて、充電要求信号が発生されるときに限って、スイッチング素子をオンにしてパルス充電する。パック電池は、パック電池２に内蔵している二次電池を充電する必要があるときに、充電要求信号を出力する。充電用電源は、順番にパルス充電するパック電池を特定すると共に、パルス充電する時間を特定する充電許可信号をパック電池に出力する。パック電池は、この充電許可信号と充電要求信号の両方を検出してパルス充電する。この状態で複数のパック電池をパルス充電する本発明の充電方法は、充電用電源にスイッチング素子を内蔵させることなく、パック電池に内蔵しているスイッチング素子を利用して、各々のパック電池を短時間でパルス充電できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の充電方法に使用する充電用電源とパック電池のブロック図
【図２】本発明の実施例の充電方法を示すタイミングチャート図
【符号の説明】
１…充電用電源
２…パック電池
３…電源回路
４…充電制御信号発生回路
５…二次電池
６…充電制御回路
７…スイッチング素子
８…制御回路
９…充電容量検出回路
１０…アンド回路
１１…信号入力端子
【図１】
0003920492.tif 000002
【図２】
0003920492.tif 000003