(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器に接続されることにより充電が行われる着脱式電池パックにおいて、
前記充電器に対して電池固有の充電制御パラメータと電池データとを送信する電池側制御部を有し、
該電池側制御部は、前記着脱式電池パックが前記充電器に接続されると前記充電器に対して前記充電制御パラメータを送信し、前記充電器への充電制御パラメータの送信後は、電池データを常に検出して該充電器に送信するようにしたことを特徴とする着脱式電池パック。
【請求項２】
複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記電池側制御部は、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにしたことを特徴とする請求項１記載の着脱式電池パック。
【請求項３】
請求項１記載の着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、
前記着脱式電池パックが接続されると、前記電池側制御部から送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の前記電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有することを特徴とする充電器。
【請求項４】
前記充電器側制御部は、前記パラメータデータと前記電池データとの比較に基づいて充電開始判定及び充電終了判定のうち少なくとも何れか一方を行うことを特徴とする請求項３に記載の充電器。
【請求項５】
前記充電器側制御部は、前記着脱式電池パックが接続されると、前記着脱式電池パックの電圧を検出し、前記充電器側制御部は、検出された前記電圧が所定電圧以下である場合には、微小電流で予備充電を実行した後に前記電池側制御部から送信される充電制御パラメータを受信することを特徴とする請求項３又は４に記載の充電器。
【請求項６】
充電器に接続されることにより充電が行われ、前記充電器に接続された時点で、前記充電器に送信される電池固有の充電抑制パラメータを有し、前記充電器への前記充電抑制パラメータの送信後は、電池データを常に検出して前記充電器に送信し、複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにした着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、
前記着脱式電池パックが接続された時点で、該着脱式電池パックから送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の各電池の電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有し、
該充電器側制御部では、前記各電池モジュールの電池温度データのすべての温度が充電開始温度範囲に入ることにより充電を開始し、且つ、前記各電池モジュールの電池温度データの一つの温度が充電停止条件に合致した時点で充電を停止させるように制御することを特徴とする充電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電動自転車や電動車椅子等にエネルギー源として使用されるＮｉ−Ｃｄ，Ｎｉ−ＭＨ，リチウムイオン等の着脱式電池パック及びこの着脱式電池パックの充電を行う充電器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、着脱式電池パックを充電する充電器において、充電器には、充電制御機能が付加されており、その着脱式電池パックが充電器に接続されると、電池温度・電池電圧等のその時の電池データを直接充電器に取り込み、充電器が充電全体を制御するのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものにあっては、充電器に充電制御機能を持たせた場合、容量・種類の違う多種の着脱式電池パックを同一の充電器で充電すると、最適な充電制御方法で充電することが出来なくなり、その結果、▲１▼過充電で電池の寿命が著しく短くなる。▲２▼充電不足で電池の性能が発揮できない。といった問題が発生する。
【０００４】
そこで、この発明は、容量や種類の違う多種の着脱式電池パックでも、最適な充電を行うことができる着脱式電池パック及びその充電器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、充電器に接続されることにより充電が行われる着脱式電池パックにおいて、前記充電器に対して電池固有の充電制御パラメータと電池データとを送信する電池側制御部を有し、該電池側制御部は、前記着脱式電池パックが前記充電器に接続されると前記充電器に対して前記充電制御パラメータを送信し、前記充電器への充電制御パラメータの送信後は、電池データを常に検出して該充電器に送信するようにしたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記電池側制御部は、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、前記着脱式電池パックが接続されると、前記電池側制御部から送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の前記電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加え、前記充電器側制御部は、前記パラメータデータと前記電池データとの比較に基づいて充電開始判定及び充電終了判定のうち少なくとも何れか一方を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の構成に加え、前記充電器側制御部は、前記着脱式電池パックが接続されると、前記着脱式電池パックの電圧を検出し、前記充電器側制御部は、検出された前記電圧が所定電圧以下である場合には、微小電流で予備充電を実行した後に前記電池側制御部から送信される充電制御パラメータを受信することを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、充電器に接続されることにより充電が行われ、前記充電器に接続された時点で、前記充電器に送信される電池固有の充電抑制パラメータを有し、前記充電器への前記充電抑制パラメータの送信後は、電池データを常に検出して前記充電器に送信し、複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにした着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、前記着脱式電池パックが接続された時点で、該着脱式電池パックから送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の各電池の電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有し、該充電器側制御部では、前記各電池モジュールの電池温度データのすべての温度が充電開始温度範囲に入ることにより充電を開始し、且つ、前記各電池モジュールの電池温度データの一つの温度が充電停止条件に合致した時点で充電を停止させるように制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１乃至図６には、この発明の実施の形態を示す。
【００１２】
まず、構成を説明すると、図１中符号１は、電動自転車や電動車椅子等に使用され、Ｎｉ−Ｃｄ電池で構成される着脱式電池パックで、この着脱式電池パック１は、充電器２１に接続されることにより充電が行われるようになっている。
【００１３】
その着脱式電池パック１は、図１に示すブロック図のように、パック内に複数個のセルを直列に接続して構成された一つの電池モジュール２が内蔵されると共に、電池側制御部３が設けられている。この電池側制御部３には、前記充電器２１に送信される電池固有の充電制御パラメータ４が接続されている。
【００１４】
この充電制御パラメータ４は、例えば図２に示すような、各パラメータデータとして当該電池固有の値が入力されており、これらの値が電池側制御部３に入力されるようになっている。図２に示すパラメータデータに限定されるものでないが、ここに挙げてあるＮｉ−Ｃｄ用のパラメータデータについて説明する。「ＮＯ．１充電開始温度範囲」とは、電池モジュール２がこの温度範囲にある時に充電が開始される温度範囲であり、ここでは０℃〜４０℃に設定されており、又、「ＮＯ．２充電電流値」とは、充電する際の電流の値である。「ＮＯ．３トータルタイマー値」とは、過充電を防止するため、通常の充電に掛かる時間の１２０％〜１５０％に充電時間が設定されており、この時間が経過した時に自動的に充電を停止させる値である。「ＮＯ．４ーΔＶ値」とは、例えばニカド電池では充電が終了する付近で、電圧が降下するため、この降下電圧（ーΔＶ値）が所定値（ここでは０．１Ｖ）より大きくなった時点で充電を停止させるための値である。「ＮＯ．５充電停止電圧」とは、一定電流で充電を行っている場合に任意の電池電圧より高くなったときに充電を停止させる電圧である。「ＮＯ．６充電停止温度」とは、電池モジュール２の温度が所定の温度より高くなった時に充電を停止させる当該所定温度である。「ＮＯ．７ｄＴ／ｄｔ値」とは、電池モジュール２の温度の上がり勾配の値が一定値より大きくなったときに充電を停止させる値である。「ＮＯ．８電池残存容量」とは、電池モジュール２の残存容量が所定の値になったときに充電を停止させる容量である。「ＮＯ．９補充電」とは、補充電の必要性が有るか無いかの指示が入力されており、又、「ＮＯ．１０補充電出力」とは、補充電する場合の出力の値である。「ＮＯ．１１補充電タイマー値」とは、補充電する場合のタイマー値であり、この時間を経過することにより補充電が終了するように設定されている。「ＮＯ．１２温度入力数」とは、電池モジュール２が一つであれば「１」、又、電池モジュール２が複数並列接続されていれば、その複数個の数となる。これらパラメータデータは、後述するように充電器２１にデジタル信号にて送信される。勿論、Ｎｉ−ＭＨ等の電池の時は、Ｎｉ−ＭＨ等用のパラメータデータが用いられる。
【００１５】
また、この電池側制御部３には、サーミスタ５から電池モジュール２の温度Ｔが入力されるようになっていると共に、電池電圧Ｖ及び電流Ｉが入力されるようになっている。これらＴ，ＶやＩから積算された電池残存容量は電池データを構成し、後述するように充電器２１に送信される。さらに、その制御部３には、表示指令により任意の表示を行う表示装置６が接続されると共に、充電器２１側とのデータの交信を行う通信インターフェイス７が接続されている。
【００１６】
なお、この着脱式電池パック１は車両に搭載したときにはモータ駆動回路９に接続されるようになっている。
【００１７】
一方、充電器２１は、充電器側制御部２２を有し、この制御部２２には、着脱式電池パック１が接続されたか否かを検知する電池接続検知部２３が接続されると共に、着脱式電池パック１との信号の送受信を行う通信インターフェイス２４が接続されている。また、この充電器側制御部２２には、リフレッシュ放電スイッチ２６，電圧検出部２７及び電流検出部２８が接続される一方、この充電器側制御部２２は、リフレッシュ放電器３０，出力制御部３１及びＬＥＤドライバ３２に接続されている。そして、その出力制御部３１がＡＣ／ＤＣコンバータ３４に接続され、又、前記ＬＥＤドライバ３２がＬＥＤ３５に接続されている。このＬＥＤ３５により、充電中、待機中及びリフレッシュ中の３つの表示がなされるようになっている。
【００１８】
また、充電器側制御部２２では、着脱式電池パック１が接続されることにより、該着脱式電池パック１から送信される電池固有の充電制御パラメータ４のパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき着脱式電池パック１の充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パック１から常に送信される前記電池データを受信して充電制御を行うようになっている。詳細は、以下の作用の欄で述べる。
【００１９】
次に、作用について説明する。
【００２０】
まず、図３に示すように、充電器２１側では、ステップＳ１で、ＡＣプラグが接続されると、ステップＳ２で、着脱式電池パック１の検知待機状態となる。この待機状態は、着脱式電池パック１が接続されるのを待っている状態で、この着脱式電池パック１が充電器２１に接続されると電池接続検知部２３により着脱式電池パック１が接続されたことが検知され、ステップＳ３に進む。
【００２１】
このステップＳ３では、着脱式電池パック１の低電圧電池検出が行われ、２０Ｖ以下の時には、急激に大きな電流を流すと電池モジュール２に悪影響を与えるため、ステップＳ４で、微少電流で予備充電が開始され、ステップＳ５で、タイマーがＯＮとなる。次いで、ステップＳ６で、電圧判定が行われ、２０Ｖ以上の時にはステップＳ７で出力が停止され、ステップＳ８で接続信号▲１▼が送信される。また、２０Ｖ以下の時には、ステップＳ９でタイムオーバーか否か判断されて「ＮＯ」の時は、ステップＳ６に戻り、「ＹＥＳ」の時には充電不可能と判断して終了する。
【００２２】
一方、着脱式電池パック１側では、図４に示すように、ステップＳ１０で、待機モードと成っており、ステップＳ１１で、接続信号が割り込まれたか否か判断され、「ＮＯ」、つまり、図３のステップＳ８の充電器２１からの接続信号▲１▼が受信されていない状態では、ステップＳ１０に戻り、又、「ＹＥＳ」、つまり充電器２１からの接続信号が受信された状態では、ステップＳ１２に進む。そして、ステップＳ１２では、その割り込まれた信号が充電器接続信号か否か判断され、「ＮＯ」の時は、車両に着脱式電池パック１が搭載された車両モードとなり、「ＹＥＳ」の時は、ステップＳ１３に進む。
【００２３】
ステップＳ１３では、充電制御パラメータ４のパラメータデータが送信され（矢印▲２▼）、図３の充電器２１側のステップＳ１４で、そのパラメータデータが受信され、次いで、ステップＳ１５で、そのデータに基づいて、充電器側制御部２２により、当該着脱式電池パック１固有の充電制御方法が設定され、ステップＳ１６で、設定完了信号を着脱式電池パック１側に送信した後（矢印▲３▼）、充電モードに移行する。
【００２４】
一方、図４に示す着脱式電池パック１側では、ステップＳ１８で、設定完了信号が受信されたか否か判断され、受信されていないときにはステップＳ１８に戻り、受信されたときには、ステップＳ１９で、電池データ（電池電圧データ，容量データ，電池温度データＴ）の充電器２１側への送信が開始され、ステップＳ２０で、充電終了信号が割り込まれたか否か判断され、「ＮＯ」の時は、ステップＳ１９に戻り、引き続き電池データの送信を継続し、「ＹＥＳ」の時は電池データの送信を停止してステップＳ２１の待機モードへ移行する。
【００２５】
一方、充電器２１は、充電モードでは、図５に示すように、ステップＳ２２で、開始温度判定が行われ、範囲外の時は、ステップＳ２３で、充電待機となり、ステップＳ２２に戻り、範囲内のときは、ステップＳ２４で充電が開始される。具体的には、図４のステップＳ１９にてステップＳ２０の充電終了信号の割込があるまで、電池温度データＴ，電池電圧Ｖ，電池残存容量等の電池データが常に充電器側制御部２２に入力され、この制御部２２にてそのデータの温度が開始温度範囲に入っているか否か判断される。ここでは、開始温度範囲は０℃から４０℃の間に設定されている。勿論、この温度範囲は、ステップＳ１５にて、着脱式電池パック１からの充電制御パラメータ４にて設定されているため、電池固有のものが設定される。
【００２６】
次いで、充電開始後には、ステップＳ２５で、トータルタイマーが開始され、ステップＳ２６で、設定されているパラメータデータとその時の電池データとを比較して終了判定が成され、「ＹＥＳ」の時にはステップＳ２７で充電終了信号▲５▼が図４のステップＳ２０に送信され、「ＮＯ」の時にはステップＳ２８でタイムオーバーか否かが判断される。
【００２７】
そのステップＳ２６での終了判定は、図６に示すように行われる。すなわち、ステップＳ２６ａで、常に送られてくる電池温度データＴが充電制御パラメータ４にて設定されている充電停止温度の５０℃より大きいか否か判断され、「ＹＥＳ」のときには、ステップＳ２７で充電が終了となる。
【００２８】
一方、ステップＳ２６ａで、「ＮＯ」の時には、ステップＳ２６ｂに進み、ｄＴ／ｄｔ値が同じく充電制御パラメータ４で設定された値の１より大きいか否か判断され、「ＹＥＳ」の時には、ステップＳ２７で充電が終了となり、「ＮＯ」の時には、ステップＳ２６ｃに進む。このステップＳ２６ｃは、常に送られてくる電池電圧Ｖが同じく充電制御パラメータ４で設定された充電停止電圧３８Ｖより大きいか否か判断され、「ＹＥＳ」の時には、ステップＳ２７で充電が終了され、「ＮＯ」の時、つまり、電池電圧Ｖが３８Ｖ以下の時には、ステップＳ２６ｄに進む。このステップＳ２６ｄでは、ーΔＶ値が同じく充電制御パラメータ４で設定された値の０．１Ｖより大きいか否か判断され、「ＹＥＳ」の時には、ステップＳ２７で充電が終了し、「ＮＯ」の時、つまりーΔＶ値が０．１Ｖ以下の時には、ステップＳ２６ｅに進む。このステップＳ２６ｅでは、残存容量が同じく充電制御パラメータ４で設定された設定容量より大きいか否か判断され、「ＹＥＳ」の時には、ステップＳ２７で充電が終了し、「ＮＯ」の時、つまり残存容量が設定容量以下の時には、ステップＳ２８に進む。
【００２９】
そして、図５中ステップＳ２８で、タイムオーバーか否か判断されて、「ＮＯ」の時は、ステップＳ２６に戻り、「ＹＥＳ」の時は、ステップＳ２９で、充電終了信号▲５▼が送信された後、終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ２６の終了判定が「ＹＥＳ」の時には、ステップＳ２７で充電終了信号▲５▼が送信された後、ステップＳ３０で、充電制御パラメータ４のデータから補充電の必要があるものか否か判断され、「無し」の時には終了し、「有り」の時には、ステップＳ３１に進み、補充電タイマーが開始（始動）し、ステップＳ３２で補充電が開始される。その後、ステップＳ３３で、タイムオーバーか否か判断され、「ＮＯ」の時には、ステップＳ３２に戻り、「ＹＥＳ」の時には、終了する。
【００３１】
以上のように、着脱式電池パック１から電池固有の充電制御パラメータ４を充電器２１に送信し、この充電器２１の充電器側制御部２２で、そのパラメータ４に応じた充電制御を行うことにより、着脱式電池パック１の種類に応じた適切な充電を行うことができ、過充電や充電不足等を回避できる。
【００３２】
［発明の実施の形態２］
図７乃至図１０には、この発明の実施の形態２を示す。
【００３３】
上記実施の形態１では、電池モジュール２が一つ設けられているが、この実施の形態２は、図７に示すように、複数の電池モジュール２…が並列に接続されて電池アッセンブリを構成している。これら各電池モジュール２…の電池温度データＴ１…ＴＮが各サーミスタ５から電池側制御部３に入力されるようになっていると共に、電池電圧Ｖ及び電流Ｉが入力されるようになっている。これらＴ１〜ＴＮ，ＶやＩから積算された電池残存容量は電池データを構成するものである。
【００３４】
この電池側制御部３は、図８に示すように、温度計測部３ａを有し、この温度計測部３ａに前記各電池モジュール２の温度Ｔ１…ＴＮが入力されるようになっていると共に、この温度計測部３ａが放電制御部３ｂ，残存容量演算部３ｃ及び通信部３ｄに接続されている。そして、その残存容量演算部３ｃは、表示装置６に接続され、通信部３ｄは、充電制御パラメータ４及び通信インターフェイス７に接続されている。
【００３５】
具体的には、図５のステップＳ２２の開始温度判定の詳細は、図９に示すように、ステップＳ２２ａ，ステップＳ２２ｂ，ステップＳ２２ｃにおいて、複数の電池モジュール２…の電池温度データＴ１，Ｔ２…ＴＮのすべてが充電制御パラメータ４で設定された０℃より大きく４０℃より小さい時（開始温度範囲内の時）には、ステップＳ２４で充電が開始され、又、各電池モジュール２…の電池温度データＴ１，Ｔ２…ＴＮの内の一つが開始温度範囲外の時には、ステップＳ２３で、充電待機状態となる。
【００３６】
このように制御することにより、並列接続されたすべての電池モジュール２…を所定の温度範囲内で充電することにより、電池の寿命を伸ばすことができる。
【００３７】
一方、図５のステップＳ２６の充電終了判定の詳細は、図１０に示すように、まず、ステップＳ２６ｆ…ステップＳ２６ｇにおいて、複数の並列接続された電池モジュール２…の温度Ｔ１，…ＴＮの内の一つが充電制御パラメータ４で設定された５０℃より大きいときにステップＳ２７で充電が終了となる。これにより、各電池モジュール２…の過充電が防止され、電池モジュール２…の寿命が伸びることとなる。
【００３８】
また、各電池の温度Ｔ１，…ＴＮのすべてが５０℃以下の時には、ステップＳ２６ｈ以降に進み、ステップＳ２６ｈ…ステップＳ２６ｉにおいて、ｄＴ／ｄｔ値，…ｄＴＮ／ｄｔ値の内の一つが充電制御パラメータ４で設定された１より大きいときにステップＳ２７で充電が終了となる。一方、ｄＴ／ｄｔ値，…ｄＴＮ／ｄｔ値のすべてが１以下の時には、ステップＳ２６ｊに進み、電池電圧Ｖが充電制御パラメータ４で設定された充電停止電圧３８Ｖより大きいか否か判断され、大きいときには、ステップＳ２７で充電が終了され、「ＮＯ」の時、つまり、電池電圧Ｖが充電停止電圧３８Ｖ以下の時には、ステップＳ２６ｋに進む。このステップＳ２６ｋでは、ーΔＶ値が０．１Ｖより大きいときには、ステップＳ２７で充電が終了し、ーΔＶ値が０．１Ｖ以下の時には、ステップＳ２６ｍに進む。このステップＳ２６ｍでは、残存容量が同じく充電制御パラメータ４で設定された設定容量より大きいか否か判断され、「ＹＥＳ」の時には、ステップＳ２７で充電が終了し、「ＮＯ」の時、つまり残存容量が設定容量以下の時には、図５のステップＳ２８に進むこととなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、各請求項に記載された発明によれば、着脱式電池パック側に、電池固有の充電制御パラメータを設け、充電器側に、着脱式電池パックから送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックに充電するように制御する充電器側制御部を設けることにより、電池の種類に応じた適切な充電を行うことができ、過充電や充電不足を防止できる。
【００４０】
また、複数の電池が並列接続された着脱式電池パックにおいては、各電池温度データのすべての温度が充電開始温度範囲に入ることにより充電を開始し、且つ、各電池温度データの一つの温度が充電停止条件に合致した時点で充電を停止させるように制御しているため、並列接続されたすべての電池の過充電等を防止できる、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る着脱式電池パック及び充電器のブロック図である。
【図２】同実施の形態１に係るパラメータデータ等を示す表図である。
【図３】同実施の形態１に係る充電器の充電準備のフローチャートを示す図である。
【図４】同実施の形態１に係る着脱式電池パックのフローチャートを示す図である。
【図５】同実施の形態１に係る充電器の充電モードのフローチャートを示す図である。
【図６】同実施の形態１に係る充電器の充電モードの充電終了判定のフローチャートを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る図１に相当するブロック図である。
【図８】同実施の形態２に係る着脱式電池パックの詳細を示すブロック図である。
【図９】同実施の形態２に係る充電器の充電モードの充電開始温度判定のフローチャートを示す図である。
【図１０】同実施の形態２に係る充電器の充電モードの充電終了判定のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１  着脱式電池パック
２  電池モジュール
３  電池側制御部
４  充電制御パラメータ
21  充電器
22  充電器側制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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