JP2003092842A - バッテリーを充電する方法及び装置 - Google Patents
バッテリーを充電する方法及び装置Info
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- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
- H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
- H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
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Abstract
る充電方法及び監視方法を提供する。 【解決手段】 バッテリー充電方法は、バッテリーパッ
クへ電流を供給すること、第1及び第2バッテリー温度
を感知すること、第1及び第2バッテリー温度の間の第
1温度変化速度を特定すること、第3バッテリー温度を
感知すること、第2及び第3バッテリー温度の間の第2
温度変化速度を特定すること、並びに、第1温度変化速
度が予め定めた第1閾値以上でありかつ第2温度変化速
度が予め定めた第2閾値以上である場合は、温度基準方
式に基づく充電終了操作を不能にすることを有する。
Description
テリーを充電する方法及び装置に関する。
庭用器具に用いられるコードレス電源のいくつかの長所
によって、広範囲の大きさのパワーパック又はバッテリ
ーパック、すなわち収容された電池の集合体が改善され
てきた。これらの電池には、ニッケルカドミウム(Ni
Cd)、ニッケル水素(NiMH)、リチウム又は鉛−
酸蓄電池等が含まれる。
テリーパック10が充電器20に接続される。バッテリ
ーパック10は、バッテリーパック10の電圧及び蓄電
容量を特定する直列に接続された複数のバッテリーセル
11を有する。バッテリーパック10は3つのバッテリ
ー接点、すなわち第1バッテリー接点12、第2バッテ
リー接点14及び第3バッテリー接点13を有する。バ
ッテリー接点12は、バッテリーパック10のB+
(陽)端子である。バッテリー接点14は、B−(陰/
共通)端子である。バッテリー接点13は、S(検出)
端子である。バッテリー接点12及び14は、充電器2
0(好ましくは、後に説明する電流供給源22)から送
られる、バッテリーパック10を充電するための充電電
流を受電する。
1は、バッテリー接点12と14との間に接続される。
さらに、負の温度係数(NTC)を有するレジスター又
はサーミスターRTのような温度感知装置15は、典型
的にはバッテリー接点13と14との間に接続される。
温度感知装置は、バッテリー温度を監視するために、セ
ル11に極めて接近することが好ましい。キャパシター
等のような他の構成要素又は回路は、バッテリー温度を
表示する信号を提供するために使用されることができ
る。
端子(B−)17を有するコントローラー21を具備す
ることが好ましく、陽端子及び陰端子は、バッテリー接
点12及び14をそれぞれ介してバッテリーパック10
に接続される。陽端子は、コントローラー12がバッテ
リー電圧を検出できるように、入力部、好ましくはアナ
ログ/デジタル入力部として作用することもできる。さ
らに、コントローラー21は、他の入力部T、好ましく
はアナログ/デジタル入力部を有することができ、入力
部Tは、第3バッテリー接点13(S)を介して温度感
知装置15に接続される。このことにより、コントロー
ラー21がバッテリー温度を監視することが可能にな
る。コントローラー21は、充電の制御及び操作の監視
を行うためのマイクロプロセッサー23を有する。コン
トローラー21は、バッテリーパック10に電流を与え
る電流供給源22を制御することができる。この電流
は、迅速な充電電流及び均等化電流の少なくとも一方と
なり得る。電流供給源22は、コントローラー21内に
組み込むことができる。
リーの温度及び電圧が変化する。例えば、バッテリーが
充電されているときは、バッテリー温度は低下する。次
にバッテリーが完全に充電されると、バッテリー温度は
急に上昇する。しかし、仮にバッテリーが完全に充電さ
れたときに充電操作が停止されないときは、バッテリー
は過充電される場合があって、故に温度上昇により損傷
を受ける。従って、バッテリー温度又はバッテリー電圧
は、通常は充電完了状態を示すものとして監視される。
388,582号及び4,392,101号に記載され
ているSaarの2変曲点終了方法は、バッテリーの充
電が完了したことの検出に好ましい。他の電圧監視方法
としては、より典型的には(1)マイナスデルタ電圧方
法、(2)ピーク検出方法及び(3)電圧勾配検出方法
が採用される。マイナスデルタ電圧方法においては、バ
ッテリーピーク電圧のサンプルが記憶されて直前の電圧
と比較される。直前の電圧が、通常は記憶されたピーク
値の0.5%〜1.0%(すなわちNiCdバッテリー
に対してはセル当たり約10〜20ミリボルト)だけ設
定値より低くなったときに、充電終了操作が行われる。
法をより新しくしたものである。基本的には、より正確
な計器を使用することによって設定値がピーク値により
近く設定されることを除けば、同じ方法が用いられる。
である。この方法によると、電圧ピークBは、電圧カー
ブVの勾配すなわち電圧変化速度(dV/dt)を計算
することにより検出される。電圧変化速度が0又は負に
なったときに、充電終了操作が行われる。
(1)絶対温度による終了方法及び(2)温度変化速度
(勾配)による終了方法である。絶対温度終了方法は、
バッテリーの充電が完了したときに発生する温度上昇に
依存する。この方法においては、バッテリー温度が予め
定めた温度以上、すなわち予め定めた温度に到達又は予
め定めた温度を超えたときに、充電操作が停止される。
作中に、時間軸に対するバッテリー温度の勾配すなわち
温度変化速度(dT/dt)を監視する必要がある。温
度変化速度が予め定めた速度以上になったときに、充電
終了操作が行われる。換言すれば、トリップポイント以
上になったときに充電終了操作が行われる。
は、同様の部分には同様の参照符号を付された異なるバ
ッテリーパック10、10’、10’’を受容すること
ができる。バッテリーパック10、10’、10’’
は、類似であるがいくつかの点で異なる。第1に、バッ
テリーパック10、10’はともに、セル11を冷却す
る充電器ファン24から送風される空気を受ける。バッ
テリーパック10においては、空気流が温度感知に影響
しないように、温度感知装置15は、カバー及び空気流
の外側への配置の少なくとも一方がなされる。一方、バ
ッテリーパック10’は、温度感知装置15はカバーさ
れていないか又は空気流内に配置されているため、空気
流が温度感知に影響する。バッテリーパック10’’
は、充電器ファン24から送風される空気を受けない。
従って、温度感知装置15は送風空気に影響され得な
い。
10、10’’の温度/電圧カーブに対して、バッテリ
ーパック10’が充電されているときの温度/電圧カー
ブT及びVをそれぞれ示したものである。図3及び図4
の温度カーブTを比較すると、バッテリーパック10’
の温度カーブは、滑らかでなく、多くのピーク及び谷が
あることが明らかである。これは、空気流が感知温度に
影響しているからである。しかし、このようなピーク及
び谷を有することにより、バッテリーパック10’の充
電が完了する前に、温度変化速度による終了方式(スキ
ーム)によって充電終了操作が行われてしまう可能性が
ある。換言すると、バッテリーパック10’は、空気流
によって充電が不十分になる場合がある。
テリー充電が不十分にならないようにする充電方法及び
監視方法を提供することである。
可能なバッテリーを充電する方法が示される。充電方法
は、バッテリーパックへ電流を供給すること、第1及び
第2バッテリー温度を感知すること、第1及び第2バッ
テリー温度の間の第1温度変化速度を特定すること、第
3バッテリー温度を感知すること、第2及び第3バッテ
リー温度の間の第2温度変化速度を特定すること、並び
に、第1温度変化速度が予め定めた第1閾値以上であり
かつ第2温度変化速度が予め定めた第2閾値以上である
場合は、温度基準方式に基づく充電終了操作を不能にす
ることを有する。
電流を供給すること、第1及び第2バッテリー温度を感
知すること、第1及び第2バッテリー温度の間の第1温
度変化速度を特定すること、第3バッテリー温度を感知
すること、第2及び第3バッテリー温度の間の第2温度
変化速度を特定すること、並びに、第1温度変化速度が
予め定めた第1閾値以下でありかつ第2温度変化速度が
予め定めた第2閾値以下である場合は、温度基準方式に
基づく充電終了操作を不能にすることを有するバッテリ
ー充電方法が開示されている。
面及び以降の詳細な説明により記載されかつ明らかにな
るであろう。
その原理の実際の適用例に従って示したものである。
用いた添付図面を参照して、本発明を以下に説明する。
Saarの米国特許4,388,582号及び4,39
2,101号の全ての教示を、本願明細書にて参考とし
て引用する。
しくはコントローラー21及びプロセッサー23の少な
くとも一方によって、図1及び図2に示される充電器2
0を具備できることが理解できるであろう。換言すれ
ば、当業者は、以下の説明が異なるステップを実行する
コントローラー21に言及するものであっても、そのよ
うなステップは、プロセッサー23又は充電器20の他
のいかなる回路によっても実行され得ることが理解でき
るであろう。
施形態に含まれる異なるステップのフローチャートであ
る。第1ステップ(ST1)は、バッテリーパック10
に電流を流すことにより充電操作を開始するステップで
ある。コントローラー21は、その入力部を介して初期
のバッテリーパック温度(TEMP1)を感知して、そ
れを記憶する(ST2)ことができる。
温度(TEMP2)を感知する(ST3)。次にコント
ローラー21は、バッテリー温度(TEMP2)を初期
のバッテリー温度TEMP1と比較して、その差(TE
MP2−TEMP1)と予め定めた閾値Xとの大小関係
を判定する(ST4)。当業者は、コントローラー21
が温度変化速度の特定に有効であることが理解できるで
あろう。
値Xは、0以上のアナログ/デジタル計数(A/D count
s)であることが好ましい。当業者は、アナログ/デジ
タル計数は、コントローラー21のアナログ/デジタル
コンバーターの分解能、ビット数及び変換範囲の少なく
とも1つによって変わり得ることが理解できるであろ
う。それにも関わらず、コントローラー21は、バッテ
リー温度が不変であるか又はTEMP1とTEMP2と
の間で上昇(図5(B)参照)したかをチェックしてい
ることが、当業者には理解できるであろう。予め定めた
閾値Xは、約0.038℃であることが好ましい。
MP2−TEMP1)が閾値Xより低い場合は、コント
ローラー21はTEMP2をTEMP1として記憶し
(ST5)、新たなバッテリー温度TEMP2を感知す
る(ST3)。
MP2−TEMP1)が閾値X以上、すなわち閾値Xに
等しいか又は閾値Xを超えている場合は、コントローラ
ー21はバッテリー温度(TEMP3)を再び感知する
(ST6)。コントローラー21は、次にバッテリー温
度TEMP2とTEMP3とを比較して、その差(TE
MP2−TEMP3)と予め定めた閾値Yとの大小関係
を判定する(ST7)。当業者は、コントローラー21
が温度変化速度の特定に有効であることが理解できるで
あろう。
値Yは、1以上のアナログ/デジタル計数であることが
好ましい。当業者には、コントローラー21が、バッテ
リー温度が不変であるか又はTEMP2とTEMP3と
の間で下降(図5(B)参照)したかをチェックしてい
ることが理解できるであろう。予め定めた閾値Yは、約
0.077℃であることが好ましい。
MP2−TEMP3)が閾値Yより低い場合は、コント
ローラー21はTEMP3をTEMP1として記憶し
(ST9)、新たなバッテリー温度TEMP2を感知す
る(ST3)。
MP2−TEMP3)が閾値Y以上、すなわち閾値Yに
等しいか又は閾値Yを超えている場合は、コントローラ
ー21は、温度変化速度方式による終了操作を不能にす
る(ST10)。選択的に、コントローラー21は、絶
対温度方法のような温度基準の他のいかなる充電方法も
不能にすることができる。実際に、このような2重構造
方式は、バッテリー温度が不変であるか又は連続的に上
昇しているとき(すなわちバッテリーパックの充電が完
了したときの典型的な温度カーブ(図3参照)であると
き)には、温度基準の充電終了方式が不能にされること
を防止する。
果を得るために、論理的に反対に定義されてもよいこと
が、当業者には理解できるであろう。換言すれば、コン
トローラー21は、TEMP2とTEMP1との間の差
(TEMP2−TEMP1)が閾値X以上であるかどう
かをチェックすると言うよりも、TEMP1とTEMP
2との間の差(TEMP1−TEMP2)が予め定めた
閾値X’以下であるか、すなわち閾値X’に等しいか又
は閾値X’より低いかどうかをチェックできるのであ
る。当業者は、閾値X’は閾値X以下となり得ることが
理解できるであろう。
2とTEMP3との間の差(TEMP2−TEMP3)
が閾値Y以上であるかどうかをチェックすると言うより
も、TEMP3とTEMP2との間の差(TEMP3−
TEMP2)が予め定めた閾値Y’以下であるか、すな
わち閾値Y’に等しいか又は閾値Y’より低いかどうか
をチェックできるのである。当業者は、閾値Y’は閾値
Y以下となり得ることが理解できるであろう。
施形態に含まれる異なるステップのフローチャートであ
り、上述の実施形態から見出される教示がここに引用さ
れている。第1ステップ(ST11)は、バッテリーパ
ック10に電流を流すことにより充電操作を開始するス
テップである。コントローラー21は、その入力部を介
して初期のバッテリーパック温度(TEMP1)を感知
して、それを記憶する(ST12)ことができる。
温度(TEMP2)を感知する(ST13)。次にコン
トローラー21は、バッテリー温度(TEMP1)をバ
ッテリー温度TEMP2と比較して、その差(TEMP
1−TEMP2)と予め定めた閾値Zとの大小関係を判
定する(ST14)。当業者は、コントローラー21が
温度変化速度の特定に有効であることが理解できるであ
ろう。
値Zは、0以上のアナログ/デジタル計数であることが
好ましい。コントローラー21は、バッテリー温度が不
変であるか又はTEMP1とTEMP2との間で下降
(図6(B)参照)したかをチェックしていることが、
当業者には理解できるであろう。予め定めた閾値Zは、
約0.038℃であることが好ましい。
MP1−TEMP2)が閾値Zより低い場合は、コント
ローラー21はTEMP2をTEMP1として記憶し
(ST15)、新たなバッテリー温度TEMP2を感知
する(ST13)。
MP1−TEMP2)が閾値Z以上、すなわち閾値Zに
等しいか又は閾値Zを超えている場合は、コントローラ
ー21はバッテリー温度(TEMP3)を再び感知する
(ST16)。コントローラー21は、次にバッテリー
温度TEMP3とTEMP2とを比較して、その差(T
EMP3−TEMP2)と予め定めた閾値Aとの大小関
係を判定する(ST17)。当業者は、コントローラー
21が温度変化速度の特定に有効であることが理解でき
るであろう。
値Aは、1以上のアナログ/デジタル計数であることが
好ましい。当業者には、コントローラー21が、バッテ
リー温度が不変であるか又はTEMP2とTEMP3と
の間で上昇(図6(B)参照)したかをチェックしてい
ることが理解できるであろう。予め定めた閾値Aは、約
0.077℃であることが好ましい。
MP3−TEMP2)が閾値Aより低い場合は、コント
ローラー21はTEMP3をTEMP1として記憶し
(ST19)、新たなバッテリー温度TEMP2を感知
する(ST13)。
MP3−TEMP2)が閾値A以上、すなわち閾値Aに
等しいか又は閾値Aを超えている場合は、コントローラ
ー21は、温度変化速度方式による終了操作を不能にす
る(ST20)。選択的に、コントローラー21は、絶
対温度方法のような温度基準の他のいかなる充電方法も
不能にすることができる。実際に、このような2重構造
方式は、バッテリー温度が不変であるか又は連続的に下
降しているとき(すなわち充電操作開始時の典型的な温
度カーブ(図3参照)であるとき)には、温度基準の充
電終了方式が不能にされることを防止する。
じの結果を得るために、論理的に反対に定義されてもよ
いことが、当業者には理解できるであろう。換言すれ
ば、コントローラー21は、TEMP1とTEMP2と
の間の差(TEMP1−TEMP2)が閾値Z以上であ
るかどうかをチェックすると言うよりも、TEMP2と
TEMP1との間の差(TEMP2−TEMP1)が予
め定めた閾値Z’以下であるか、すなわち閾値Z’に等
しいか又は閾値Z’より低いかどうかをチェックできる
のである。当業者は、閾値Z’は閾値Z以下となり得る
ことが理解できるであろう。
3とTEMP2との間の差(TEMP3−TEMP2)
が閾値A以上であるかどうかをチェックすると言うより
も、TEMP2とTEMP3との間の差(TEMP2−
TEMP3)が予め定めた閾値A’以下であるか、すな
わち閾値A’に等しいか又は閾値A’より低いかどうか
をチェックできるのである。当業者は、閾値A’は閾値
A以下となり得ることが理解できるであろう。
連鎖的に又は同時に実行可能であることもまた理解でき
るであろう。
はステップについて他の選択的又は付加的な発明を認め
ることができるであろう。しかし、これら付加的又は選
択的な発明の全ては、本発明と等価とみなされるもので
ある。
器を示した図である。
及び温度カーブを示すグラフである。
び温度カーブを示すグラフである。
のフローチャート、(B)本発明による充電操作の第1
の実施形態において、温度カーブの一部を示す図であ
る。
のフローチャート、(B)本発明による充電操作の第2
の実施形態において、温度カーブの一部を示す図であ
る。
Claims (16)
- 【請求項1】 バッテリー充電方法であって、バッテリ
ーに電流を供給するステップと、第1及び第2バッテリ
ー温度を感知するステップと、前記第1及び第2バッテ
リー温度の間の第1温度変化速度を特定するステップ
と、第3バッテリー温度を感知するステップと、前記第
2及び第3バッテリー温度の間の第2温度変化速度を特
定するステップと、前記第1温度変化速度が予め定めた
第1閾値以上でありかつ前記第2温度変化速度が予め定
めた第2閾値以上であるときに、温度基準方式に基づく
前記充電方法の終了操作を不能にするステップと、を有
するバッテリー充電方法。 - 【請求項2】 前記バッテリーがサーミスターを有する
請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記サーミスターが空気流の外側にある
請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記サーミスターが空気流の内側にある
請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 前記予め定めた第1閾値が約0.038
℃である請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記予め定めた第2閾値が約0.077
℃である請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記予め定めた第2閾値が、前記予め定
めた第1閾値の約2倍の大きさである請求項1に記載の
方法。 - 【請求項8】 前記温度基準方式が、温度変化速度終了
方式又は絶対温度方式である請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 バッテリー充電方法であって、バッテリ
ーに電流を供給するステップと、第1及び第2バッテリ
ー温度を感知するステップと、前記第1及び第2バッテ
リー温度の間の第1温度変化速度を特定するステップ
と、第3バッテリー温度を感知するステップと、前記第
2及び第3バッテリー温度の間の第2温度変化速度を特
定するステップと、前記第1温度変化速度が予め定めた
第1閾値以下でありかつ前記第2温度変化速度が予め定
めた第2閾値以下であるときに、温度基準方式に基づく
前記充電方法の終了操作を不能にするステップと、を有
するバッテリー充電方法。 - 【請求項10】 前記バッテリーがサーミスターを有す
る請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 前記サーミスターが空気流の外側にあ
る請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記サーミスターが空気流の内側にあ
る請求項10に記載の方法。 - 【請求項13】 前記予め定めた第1閾値が約0.03
8℃である請求項9に記載の方法。 - 【請求項14】 前記予め定めた第2閾値が約0.07
7℃である請求項9に記載の方法。 - 【請求項15】 前記予め定めた第2閾値が、前記予め
定めた第1閾値の約2倍の大きさである請求項9に記載
の方法。 - 【請求項16】 前記温度基準方式が、温度変化速度終
了方式又は絶対温度方式である請求項9に記載の方法。
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