JP3883395B2

JP3883395B2 - Charger

Info

Publication number: JP3883395B2
Application number: JP2001138709A
Authority: JP
Inventors: 和征榊原; 知郎村松
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: JP2002335640A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を充電する充電装置に関し、特に、充電中に電池へファンで送風して冷却する充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電動工具等の電源に繰り返し使用可能な充電式電池が、該電池に大電流を流すことにより急速充電を行う充電装置と共に用いられている。即ち、電池を２０分程度で急速充電することによって、充電の完了した電池を交換しながらの電動工具の連続使用を可能ならしめている。この急速充電時に電池が高温となり寿命劣化が発生しないように、ファンを設けて電池を強制空冷する充電装置がある。かかる充電装置においては、タイマー等を用いて、充電完了後も所定時間ファンを回し続け、充電完了後にも電池の冷却を継続している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冬季に屋外で充電装置が使用される等、低温状態で充電完了後にもファンを回し続けると、電池が低温になるまで急速に冷却され、電池寿命を縮め、また、低温のため電池が本来的な性能を発揮できない状態になる。
【０００４】
かかる課題に対応するため、例えば、特開２０００−３６３２７号、特開平１１−５５８６９号が提案されている。特開２０００−３６３２７号は、電池温度と共に雰囲気温度を検出して制御を行うことで、過冷却を防ぐ技術を開示している。しかし、複数個の温度センサと共に、雰囲気の温度センサを用いるため、センサの数が増え、コストが嵩むという課題がある。一方、特開平１１−５５８６９号は、ペルチェ素子を用いることで電池の冷却と加熱とを行う構成を示している。しかし、高価なペルチェ素子を用いるため、汎用の充電装置には適用することが困難である。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電池が低温にならないように充電し得る充電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１は、
充電中に電池へファンで送風して冷却する充電装置であって、
電池の充電完了後に、電池の温度を検出し、
前記検出した温度の変化分を算出し、
電池の温度が低温かを判断し、設定された低温値以下の場合に、前記算出した変化分に基づき電池の温度が上昇していると判断した際には、送風を継続し、
電池の温度が設定された低温値を越える場合に、温度変化分が所定値以下又は変化分がマイナスになるまで、送風を継続し、温度変化分が所定値以下又は変化分がマイナスになった際に、送風を終了することを技術的特徴とする。
また、請求項２は、充電中に電池へファンで送風して冷却する充電装置であって、
電池の温度を検出し、
前記検出した温度の変化分を算出し、
電池の温度が高温かを判断し、設定された高温値以上の場合に、前記算出した変化分に基づき電池の温度が上昇していると判断した際には、送風を停止し、
電池の温度が設定された高温値未満の場合に、温度変化分が所定値以下又は変化分がマイナスになるまで、送風を継続し、温度変化分が所定値以下又は変化分がマイナスになった際に、送風を終了することを技術的特徴とする。
【０００７】
請求項１、２では、電池の充電完了後も送風を継続する。即ち、充電完了後に電池の高温状態が続くことを防ぐ。そして、電池温度の変化分が所定の値になった際に、送風を終了する。即ち、電池の温度が下がりすぎないようにする。このため、電池温度が、高温にも低温にもならず、常温となるように充電を完了することができ、電池の寿命を延ばし、本来の性能を発揮させることが可能になる。
【０００８】
請求項１、２では、電池温度の変化分が所定値以下、又は、変化分がマイナスになった際に、送風を終了する。即ち、電池の温度が下がりすぎないようにする。このため、電池が、低温にならず、常温となるように充電を完了することができる。
【００１０】
請求項１では、設定された低温値以下の場合であって、且つ、算出した温度の変化分が所定の値以上である際には、充電完了後も送風を継続する。このため、例えば、冬季に屋外で保管され、温度が極端に低下している電池を、常温の屋内で充電する際に、充電完了の時点で電池温度が室温（常温）よりも低くても、送風を続け素早く常温まで暖めることができる。
【００１２】
請求項２では、設定された高温値以上の場合であって、且つ、算出した温度の変化分が所定の値以上である際には、充電完了中又は充電完了時に送風を停止する。このため、例えば、炎天下の自動車内等の極端に高温雰囲気下で充電をする等、電池温度よりも雰囲気温度がかなり高い場合、ファンを停止することで、充電中又は充電完了時に電池が急激に温度上昇することを避けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る充電装置等について図を参照して説明する。
図１は、充電装置１０に電池パック５０が装填された状態を示すブロック図である。図２は該充電装置１０の外観を示す。図３は電池パック５０の外観を示し、図４は該電池パック５０により駆動される電池ドリル７０を示す。
【００１４】
まず、電池パック５０の構成を図３に基づいて説明する。電池パック５０は、略角柱状に形成された樹脂製のケーシング５１内に、図１に示すように複数電気的に直列に接続されたニッケル水素電池５８を内蔵するもので、電池５８の温度を検出するための温度センサＴＭと、該電池パックの形式等の情報を保持するＥＥＰＲＯＭ６１とを備える。温度センサＴＭは、温度によって電気抵抗値が変化するサーミスタからなる。
【００１５】
図３に示すように、電池パック５０のケーシング５１の上端側には、電池ドリル７０や充電装置１０に装着する際に相手側に嵌合可能な嵌合溝５３を形成した嵌入部５２がレール状に並列して設けられている他、嵌入部５２の一端側に位置する部位には上下方向に出入可能なフック５４が設けられている。このフック５４は、ケーシング５１の側面に設けられるレバー５５と一体に成形され、図示しないコイルばねにより突出方向に付勢されている。そのため、電池ドリル７０や充電装置１０に電池パック５０を装着したとき、これらに形成されている所定のフック溝に係合することができる。
【００１６】
これにより、電池ドリル７０や充電装置１０から電池パック５０が容易に外れないようにする役割を果たす。また、コイルばねの付勢力に抗してレバー５５をケーシング５１の下端方向に押し下げることによって、フック５４も引っ込むように下端方向に移動するので、フック溝との係合が解除され、電池ドリル７０や充電装置１０から電池パック５０を取り外すことが可能になる。
【００１７】
また、ケーシング５１の上端側には、嵌入部５２に挟まれるように位置するところに通気口５６、プラス端子溝５７、マイナス端子溝５９およびコネクタ６０が設けられている。通気口５６は、充電装置１０に電池パック５０を装着したとき、充電装置１０に設けられた送風口１６と連通可能な位置に形成されている。これにより、充電装置１０に内蔵された冷却ファン２３によって電池パック５０内に空気を送出し得るため、充電中の電池パック５０を冷却することができる。つまり、充電装置１０による空冷システムを構築している。
【００１８】
一方、プラス端子溝５７、マイナス端子溝５９の中には、図示しないプラス端子、マイナス端子がそれぞれ設けられており、電池ドリル７０や充電装置１０に電池パック５０を装着したときに、これらの端子が相手側の受電端子や出力端子と接触し得るように構成されている。そして、コネクタ６０の内部には、図１に示す温度センサＴＭ、ＥＥＰＲＯＭ６１を接続するための端子が備えられている。
【００１９】
上述のように構成された電池パック５０は、図４に示すように、電池ドリル７０に装着されて使用される。電池ドリル７０は、使用者が把持可能なグリップ部７４よりも下方に電池パック取付部７５が形成されている。そして、この電池パック取付部７５には、電池パック５０の嵌入部５２と係合可能な嵌合部と、電池パック５０のフック５４が係合可能な所定のフック溝とが形成されているので、かかる電池パック取付部７５に電池パック５０が脱着自在に取り付られる。
【００２０】
このようにして電池パック５０が装着された電池ドリル７０は、電池パック５０のプラス端子およびマイナス端子が電池ドリル７０側のそれぞれの受電端子に接続されるので、両端子から電力の供給を受けることができる。これにより、図示しないモータによってチャック７６を回動させることができる。
【００２１】
続いて、電池パック５０を充電する充電装置１０の構成を図１および図２に基づいて説明する。
図２に示すように、充電装置１０は樹脂製の筐体１１を有し、この筐体１１には、電池パック５０を装着可能な嵌合部１２や、内蔵した冷却ファンにより電池パック５０内へ送り込む空気を外部から吸気し得る吸気口１３等が一体に成形されている。また充電装置１０の筐体１１には、充電中の電池パック５０の容量を表示する容量表示ランプや、充電装置１０の動作状況を示す状態表示ランプ等、種々の図示しないインジケータが設けられており、これらは後述する制御回路によって点灯制御されている。
【００２２】
嵌合部１２には、電池パック５０の嵌合溝５３を案内可能なガイド１４および電池パック５０の通気口５６に連通可能な送風口１６が形成されており、さらにこの送風口１６には電池パック５０のフック５４が係合可能な所定のフック溝も設けられている。またこの嵌合部１２には、電池パック５０のプラス端子、マイナス端子に対応して電気的に接続可能な出力端子が設けられており、さらに電池パック５０のコネクタ６０に接続可能な図示しないコネクタが設けられている。これにより、充電装置１０内の制御回路は、電池パック５０から所定の温度情報等をこのコネクタを介して得ることができる。
【００２３】
図１に示すように、充電装置１０の制御回路は、主に、電源回路２２、充電電流制御部２４、制御部２６、電圧検出部２７、温度検出部２８、記憶部２９、ファン２３等から構成される。
電源回路２２は、電池パック５０の電池５８を充電可能な容量を有するように設定されている。温度検出部２８は、充電中の電池温度を温度センサＴＭにより検出可能に構成されており、電圧検出部２７は、電池電圧を検出できるように構成されている。一方、記憶部２９は所定のマップ等の電流値制御情報を記憶するものである。ファン２３は、図２に示す吸気口１３を介して外部から取り入れた空気を、送風口１６を経て電池パック５０の通気口５６（図３参照）へ送り、電池パック５０内の電池５８を強制空冷する。
【００２４】
制御部２６は、温度検出部２８から出力された温度値を微分して温度上昇値を求めたうえで記憶部２９の電流値制御情報に基づいて所定の電流値を算出し、この電流値を電流指令値として充電電流制御部２４へ出力し得るように構成されている。そして、充電電流制御部２４は、制御部２６からの電流指令値に基づき電源回路２２を制御し、電池パック５０の充電電流を調整するようにも構成されている。制御部２６は、電池５８の温度を検出し、必要に応じてファン２３を駆動して、充電中及び充電完了後も電池５８を冷却する。
【００２５】
なお、上述した電源回路２２、充電電流制御部２４、制御部２６、電圧検出部２７、温度検出部２８、記憶部２９等は、本願出願人による先の特許出願（特願平１１−０８１２４７号）に開示する充電装置の構成と実質的に同様であり、温度センサＴＭにより電池５８の温度を検出しその検出温度に基づいて充電電流を制御して充電を行う構成である。
【００２６】
このように構成された充電装置１０の嵌合部１２に電池パック５０が装着されると、所定のアルゴリズムによって制御部２６が、電源回路２２、充電電流制御部２４、電圧検出部２７、温度検出部２８、記憶部２９等を制御し、電池パック５０内の電池５８を充電する。そして、充電中は電池パック５０の容量を表示する容量表示ランプを点灯させ、また充電が完了すると、充電を停止しその旨を同ランプにより告知する。
【００２７】
図５及び図６を参照して充電装置の制御部２６による充電処理について説明する。充電装置１０に電池パック５０が装填されると、制御部２６は、電圧検出部２７にて電池電圧を検出すること、および／または、温度検出部２８にて電池温度を検出することにより装填を検出し（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ＥＥＰＲＯＭ６１の情報を読み出す（Ｓ１４）。次に、記憶部２９に保持されている各電池パック用の制御プログラム内の当該電池パック５０の型式に適合する制御プログラムを検索する（Ｓ１６）。そして、ファン２３の回転を開始し、電池パック５０内の電池５８の冷却を始める。
【００２８】
引き続き、電圧検出部２７で電池の温度を検出し（Ｓ２０）、温度検出部２８により電池５８の温度を検出する（Ｓ２２）。電池電圧・温度に基づき充電を完了したかを判断し（Ｓ２４）、充電が完了するまでは（Ｓ２４：Ｎｏ）、電池電圧・温度に基づき決定した充電電流を電源回路２２から電池５８へ供給する（Ｓ２６）。即ち、上述したように温度検出部２８から出力された温度値を微分して温度上昇値を求めたうえで記憶部２９の制御プログラムに基づいて所定の電流値を算出し、この電流値を電流指令値として充電電流制御部２４へ出力し、充電電流を制御する。そして、電池温度及び電圧に基づき充電の完了を検出すると（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、充電を停止し、ファンの停止のタイミングを調整する。
【００２９】
ファン２３停止のタイミングを調整する処理について、図６のフローチャート及び電池温度の変化を示す図９を参照して説明する。
まず、停止タイミングの最大値を規定するためのタイマ（例えば３０分）を設定する（Ｓ３２）。次に、電池５８の温度を検出し（Ｓ３４）、温度値を微分して温度勾配、即ち、温度の変化分を算出する（Ｓ３６）。そして、タイマがタイムアウトしたかを判断し（Ｓ３８）、タイムアウトした際には（Ｓ３８）、ファン２３を停止し処理を終了する（Ｓ５４）。
【００３０】
タイムアウトする前には（Ｓ３８：Ｎｏ）、電池温度が高温かを判断する（Ｓ４０）。電池が高温である際には（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、温度勾配がマイナスに転じたか、即ち、電池温度が下がっているかを判断し（Ｓ４２）、温度が下がっている際には（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、Ｓ３４へ戻り電池の冷却を続ける。これにより、電池が高温状態になることを防ぎ、電池寿命を延ばす。
【００３１】
一方、電池温度が上がっている場合には（Ｓ４２：Ｎｏ）、充電完了から所定時間（例えば、１分）が経過したかを判断する（Ｓ４４）。ここで、図９（Ａ）に示すように充電が完了し、電池に電流を流さなくなってから１分が経過しても温度が上昇し続ける場合は（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、電池の温度よりも雰囲気温度の方が高い、例えば、炎天下の自動車内での充電等であり、ファン２３を回転させることで電池温度の上昇を早めている場合なので、ファン２３を停止する（Ｓ５４）。
【００３２】
電池温度が高温でない場合には（Ｓ４０：Ｎｏ）、電池温度が常温（例えば、１５℃〜５０℃）かを判断する（Ｓ４６）。ここで、常温とは、電池の寿命から判断し、寿命を縮めるほど極端な高温状態、低温状態でないことを意味し、電池の種類、例えば、ニッケルカドニウム電池、ニッケル水素電池で異なる。常温の場合には（Ｓ４６：Ｙｅｓ）、電池の温度勾配がマイナスになっているかを判断し（Ｓ４８）、図９（Ｂ）に示すようにマイナスになっている場合には（Ｓ４８：Ｙｅｓ）、ファン２３を停止する（Ｓ５４）。これにより、電池の温度が常温になるように冷却すると共に、過剰な冷却を防ぐ。ここでは、温度傾きがマイナスになった際に、ファン２３を停止したが、この代わりに、温度傾きがゼロになった際、或いは、温度傾きが一定以下になった際にファンを停止することもできる。
【００３３】
ここで、温度勾配がプラスの時には、温度勾配が所定値以上かを判断する（Ｓ５０）。図９（Ｃ）に示すように充電が完了し、電池に電流を流さなくなってからも温度が所定以上上昇し続ける場合は（Ｓ５０：Ｙｅｓ）、電池の温度よりも雰囲気温度の方が高い、例えば、炎天下の自動車内での充電等であり、ファン２３を回転させることで電池温度の上昇を早めているので、ファン２３を停止する（Ｓ５４）。
【００３４】
一方、温度勾配が所定以下で上昇する場合には（Ｓ５０：Ｎｏ）、Ｓ３４へ戻り電池の冷却を続ける。これにより、電池が高温状態になることを防ぎ、電池寿命を延ばす。
【００３５】
一方、温度が常温でない場合（Ｓ４６：Ｎｏ）、即ち、充電完了の時点で電池温度が低温である場合には、電池温度の勾配がマイナス、即ち、低温状態で電池温度が更に下がっている場合には（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、ファン２３を停止し（Ｓ５４）、電池温度が低温状態から更に急激に低下することを防ぐ。反対に、図９（Ｄ）に示すように電池温度が上がっている場合には（Ｓ５２：Ｎｏ）、低温状態の電池を常温の雰囲気下で充電している、例えば、冬季屋外で使われた電池を常温の室内で充電している場合等なので、Ｓ３４へ戻り、ファン２３を回し続けることで、電池温度を常温まで速やかに上昇させる。これにより、低温状態に置かれる時間を短縮して電池寿命を延ばし、また、常温状態にすることで、本来的な容量を発生できるようにする。
【００３６】
第１実施形態の充電装置では、電池の充電完了後も送風を継続する。即ち、電池の温度が充電完了後に高温にならないように冷却する。そして、電池温度の変化分が所定の値になった際に、送風を終了する。即ち、電池の温度が下がりすぎないようにする。このため、電池温度が、高温にも低温にもならず、常温となるように充電を完了することができ、電池の寿命を延ばし、本来の性能を発揮させることが可能になる。
【００３７】
引き続き、本発明の第２実施形態に係る充電装置について説明する。この第２実施形態の充電装置の機械的構成は、図１及び図２を参照して上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３８】
図７及び図８を参照して第２実施形態の充電装置の充電処理について説明する。第１実施形態の充電装置は、充電開始と同時にファン２３の回転を開始し、充電完了後に所定の条件の成立を持ってファンを停止した。これに対して、第２実施形態では、電池温度を監視し、温度に応じて充電中にファン２３を回転、停止させる構成になっている。
【００３９】
充電装置１０に電池パック５０が装填されると、制御部２６は、電圧検出部２７にて電池電圧を検出すること、および／または、温度検出部２８にて電池温度を検出することにより装填を検出し（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ＥＥＰＲＯＭ６１の情報を読み出す（Ｓ１４）。次に、記憶部２９に保持されている各電池パック用の制御プログラム内の当該電池パック５０の型式に適合する制御プログラムを検索する（Ｓ１６）。
【００４０】
引き続き、電圧検出部２７で電池の温度を検出し（Ｓ２０）、温度検出部２８により電池５８の温度を検出する（Ｓ２２）。電池電圧・温度に基づき充電を完了したかを判断し（Ｓ２４）、充電が完了するまでは（Ｓ２４：Ｎｏ）、電池電圧・温度に基づき決定した充電電流を電源回路２２から電池５８へ供給する（Ｓ２６）。即ち、上述したように温度検出部２８から出力された温度値を微分して温度上昇値を求めたうえで記憶部２９の制御プログラムに基づいて所定の電流値を算出し、この電流値を電流指令値として充電電流制御部２４へ出力し、充電電流を制御する。
【００４１】
引き続き、図８に示すファン２３の制御処理へ移行する。まず、上記Ｓ２２にて検出した電池の温度値を微分して温度勾配、即ち、温度の変化分を算出する（Ｓ３６）。そして、電池温度が高温かを判断する（Ｓ４０）。電池温度が高温でない場合には（Ｓ４０：Ｎｏ）、電池が常温かを判断する（Ｓ４６）。電池が常温ではない場合、即ち、低温である場合には（Ｓ４６：Ｎｏ）、ファン２３を回転させない（Ｓ５４）。そして、充電完了かを判断を経て（Ｓ５８：Ｎｏ）、Ｓ２０へ戻り充電を続ける。
【００４２】
一方、電池温度が充電開始の時点で常温である場合、又は、低温状態から充電を開始して常温に至った場合（Ｓ４６：Ｙｅｓ）、温度勾配がマイナスかの判断を経て（Ｓ４８：Ｎｏ）、温度勾配が所定値以上かを判断する（Ｓ５０）。温度が所定以上上昇し続ける場合は（Ｓ５０：Ｙｅｓ）、電池の温度よりも雰囲気温度の方が高い、例えば、炎天下の自動車内での充電等であり、ファン２３を回転させることで電池温度の上昇を早めている場合なので、ファン２３を停止する（Ｓ５４）。一方、温度上昇の勾配が所定以下である場合には（Ｓ５０：Ｎｏ）、ファン２３を回転させることで（Ｓ５６）、電池温度の上昇を押さえる。そして、温度勾配がマイナスになると（Ｓ４８：Ｙｅｓ）、Ｓ５４へ移行して、ファン２３を一時停止する。
【００４３】
ここで、電池温度が高温の場合には（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、温度勾配が所定値以上かを判断する（Ｓ４２）。温度が所定以上上昇し続ける場合は（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、電池の温度よりも雰囲気温度の方が高く、ファン２３の回転で電池温度の上昇を早めている場合なので、ファン２３を停止する（Ｓ５４）。一方、温度上昇の勾配が所定以下である場合には（Ｓ４２：Ｎｏ）、ファン２３を回転させることで（Ｓ５６）、電池温度が常温になるように発熱を押さえる。
【００４４】
上述した処理を繰り返し充電を完了して、電池温度及び電圧に基づき充電の完了を検出すると（図７に示すＳ２４：Ｙｅｓ）、充電を停止し、ファンの停止のタイミングを調整する。電池温度が高温の場合には（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、温度勾配が所定値以上かの判断（Ｓ４２：Ｎｏ）を経て、ファン２３を回転させることで（Ｓ５６）、電池温度が常温になるよう冷却する。
【００４５】
ここで、高温状態から冷却して常温に至った場合、又は、常温状態で電池の充電を完了した場合（Ｓ４６：Ｙｅｓ）、温度勾配がマイナスかを判断する（Ｓ４８：Ｎｏ）。電池温度がマイナスになるまでは（Ｓ４８：Ｎｏ）、Ｓ５０を経てファン２３の回転を継続する（Ｓ５６）。そして、温度勾配がマイナスになると（Ｓ４８：Ｙｅｓ）、Ｓ５４へ移行してファン２３を停止し、充電完了かの判断を経て（Ｓ５８：Ｙｅｓ）、全ての処理を終了する。なお、ここでは、温度勾配がマイナスになった際に、ファン２３を停止したが、マイナスの温度勾配の絶対値が所定以上になった際にファン２３を停止することもできる。
【００４６】
第２実施形態の充電装置では、電池の充電中も電池温度に応じて送風を断続する。このため、電池を常温状態で充電することができ、寿命を延ばすことができる。そして、電池の充電完了後も必要に応じて送風を継続する。即ち、電池の温度が充電完了後に高温にならないようにする。そして、電池温度の変化分が所定の値になった際に、送風を終了する。即ち、電池の温度が下がりすぎないようにする。このため、電池温度が、高温にも低温にもならず、常温となるように充電を完了することができ、電池の寿命を延ばし、本来の性能を発揮させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る充電装置の制御回路及び電池パックの構成を示すブロック図である。
【図２】充電装置の外観を示す斜視図である。
【図３】電池パックの外観を示す斜視図である。
【図４】図３に示す電池パックを用いる電池ドリルの側面図である。
【図５】第１実施形態に係る充電装置の制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る充電装置の制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る充電装置の制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る充電装置の制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、充電中及び充電完了後の電池温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０充電装置
２２電源回路
２３ファン
２６制御部
２６ａ通信ポート
２７電圧検出部
２８温度検出部
５０電池パック
５８電池
６１ＥＥＰＲＯＭ
７０電池ドリル
TM 温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device that charges a secondary battery, and more particularly to a charging device that blows and cools a battery by a fan during charging.
[0002]
[Prior art]
Currently, a rechargeable battery that can be repeatedly used for a power source such as an electric tool is used together with a charging device that performs rapid charging by passing a large current through the battery. That is, by rapidly charging the battery in about 20 minutes, it is possible to use the electric tool continuously while replacing the charged battery. There is a charging device that forcibly air-cools the battery by providing a fan so that the battery does not become hot at the time of this rapid charging and the life deterioration does not occur. In such a charging device, using a timer or the like, the fan is kept running for a predetermined time after the charging is completed, and the battery is continuously cooled even after the charging is completed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the charging device is used outdoors in winter, for example, if the fan is kept running after charging is completed in a low temperature state, the battery will be cooled rapidly until the temperature becomes low, reducing the battery life. It will be in a state where it cannot demonstrate its original performance.
[0004]
In order to deal with this problem, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2000-36327 and 11-55869 have been proposed. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-36327 discloses a technique for preventing overcooling by detecting and controlling the ambient temperature together with the battery temperature. However, since an ambient temperature sensor is used together with a plurality of temperature sensors, there is a problem that the number of sensors increases and the cost increases. On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-55869 shows a configuration in which a battery is cooled and heated by using a Peltier element. However, since an expensive Peltier element is used, it is difficult to apply to a general-purpose charging device.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a charging device that can be charged so that the battery does not become low temperature.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, claim 1 provides:
A charging device that blows and cools a battery with a fan during charging,
After the battery is fully charged, detect the battery temperature,
Calculate the detected temperature change,
When the temperature of the battery is determined to be low, and if it is equal to or lower than the set low temperature value, if it is determined that the temperature of the battery is rising based on the calculated change, the blowing is continued,
When the temperature of the battery exceeds the set low temperature, the air flow is continued until the temperature change is less than the predetermined value or until the change becomes negative, and the temperature change is less than the predetermined value or the change becomes negative. when, and technical features that you exit the blast.
Further, claim 2 is a charging device that cools the battery by blowing air with a fan during charging,
Detect battery temperature,
Calculate the detected temperature change,
When it is determined that the battery temperature is high, and when the battery temperature is higher than the set high temperature value, when it is determined that the battery temperature is rising based on the calculated change, the blowing is stopped,
When the temperature of the battery is lower than the set high temperature value, air blowing is continued until the temperature change is less than the predetermined value or the change becomes negative, and the temperature change is less than the predetermined value or the change becomes negative. In this case, it is a technical feature to end the blowing.
[0007]
In Claims 1 and 2 , the air blowing is continued even after the battery is completely charged. That is, the high temperature state of the battery is prevented from continuing after charging is completed. Then, when the change in the battery temperature reaches a predetermined value, the blowing is finished. That is, the battery temperature should not be lowered too much. Therefore, charging can be completed so that the battery temperature does not become high or low, but normal temperature, and the life of the battery can be extended and the original performance can be exhibited.
[0008]
According to claims 1 and 2, when the change in battery temperature is equal to or less than a predetermined value or when the change becomes negative, the blowing is terminated. That is, the battery temperature should not be lowered too much. For this reason, the charging can be completed so that the battery does not become low temperature but becomes normal temperature.
[0010]
In Claim 1 , when it is below the set low temperature value and the calculated change in temperature is greater than or equal to a predetermined value, the blowing is continued even after the completion of charging. For this reason, for example, when charging a battery stored outdoors in winter and having an extremely low temperature indoors at room temperature, even if the battery temperature is lower than room temperature (room temperature) when charging is complete, You can continue to blow and quickly warm to room temperature.
[0012]
According to a second aspect of the present invention , when the temperature is higher than the set high temperature value and the calculated temperature change is equal to or greater than a predetermined value, the air blowing is stopped during charging or when charging is completed. For this reason, for example, when the ambient temperature is considerably higher than the battery temperature, such as when charging in an extremely hot atmosphere such as in a car under hot weather, the battery suddenly stops during charging or when charging is completed by stopping the fan. An increase in temperature can be avoided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a charging device and the like according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a state in which the battery pack 50 is loaded in the charging device 10. FIG. 2 shows the appearance of the charging device 10. FIG. 3 shows the external appearance of the battery pack 50, and FIG. 4 shows the battery drill 70 driven by the battery pack 50.
[0014]
First, the configuration of the battery pack 50 will be described with reference to FIG. The battery pack 50 incorporates a plurality of nickel metal hydride batteries 58 electrically connected in series as shown in FIG. 1 in a resin casing 51 formed in a substantially prismatic shape. A temperature sensor TM for detection and an EEPROM 61 for holding information such as the type of the battery pack are provided. The temperature sensor TM is composed of a thermistor whose electric resistance value varies with temperature.
[0015]
As shown in FIG. 3, on the upper end side of the casing 51 of the battery pack 50, there is a fitting portion 52 formed with a fitting groove 53 that can be fitted to the other side when the battery drill 70 or the charging device 10 is attached. In addition to being provided in parallel with each other, a hook 54 that can enter and exit in the vertical direction is provided at a portion located on one end side of the insertion portion 52. The hook 54 is formed integrally with a lever 55 provided on the side surface of the casing 51, and is biased in a protruding direction by a coil spring (not shown). Therefore, when the battery pack 50 is mounted on the battery drill 70 or the charging device 10, it can be engaged with a predetermined hook groove formed on them.
[0016]
Thus, the battery pack 50 is prevented from being easily detached from the battery drill 70 and the charging device 10. Further, by pushing down the lever 55 toward the lower end of the casing 51 against the urging force of the coil spring, the hook 54 moves toward the lower end so as to retract, so that the engagement with the hook groove is released, and the battery drill 70 Or the battery pack 50 can be removed from the charging device 10.
[0017]
Further, on the upper end side of the casing 51, a vent hole 56, a plus terminal groove 57, a minus terminal groove 59, and a connector 60 are provided so as to be sandwiched between the fitting portions 52. The vent 56 is formed at a position where the vent 56 provided in the charging device 10 can communicate with the air blowing port 16 when the battery pack 50 is attached to the charging device 10. Thereby, since the air can be sent into the battery pack 50 by the cooling fan 23 built in the charging device 10, the battery pack 50 being charged can be cooled. That is, the air cooling system by the charging device 10 is constructed.
[0018]
On the other hand, a plus terminal and a minus terminal (not shown) are respectively provided in the plus terminal groove 57 and the minus terminal groove 59, and these terminals are provided when the battery pack 50 is mounted on the battery drill 70 or the charging device 10. Is configured to come into contact with a power receiving terminal or an output terminal on the other side. The connector 60 includes terminals for connecting the temperature sensor TM and the EEPROM 61 shown in FIG.
[0019]
The battery pack 50 configured as described above is used by being mounted on a battery drill 70 as shown in FIG. The battery drill 70 has a battery pack mounting portion 75 formed below a grip portion 74 that can be gripped by the user. The battery pack mounting portion 75 is formed with a fitting portion that can be engaged with the insertion portion 52 of the battery pack 50 and a predetermined hook groove with which the hook 54 of the battery pack 50 can be engaged. The battery pack 50 is detachably attached to the battery pack mounting portion 75.
[0020]
In the battery drill 70 to which the battery pack 50 is mounted in this manner, the positive terminal and the negative terminal of the battery pack 50 are connected to the respective power receiving terminals on the battery drill 70 side, so that power is supplied from both terminals. Can do. Thereby, the chuck 76 can be rotated by a motor (not shown).
[0021]
Then, the structure of the charging device 10 which charges the battery pack 50 is demonstrated based on FIG. 1 and FIG.
As shown in FIG. 2, the charging device 10 includes a resin casing 11, and the casing 11 includes a fitting portion 12 to which the battery pack 50 can be attached and a built-in cooling fan. An intake port 13 or the like that can inhale the air fed into the outside from the outside is integrally formed. The casing 11 of the charging apparatus 10 is provided with various indicators (not shown) such as a capacity display lamp that displays the capacity of the battery pack 50 that is being charged and a status display lamp that indicates the operation status of the charging apparatus 10. These are controlled to be turned on by a control circuit described later.
[0022]
The fitting portion 12 is formed with a guide 14 that can guide the fitting groove 53 of the battery pack 50 and a blower port 16 that can communicate with the vent 56 of the battery pack 50. A predetermined hook groove with which the hook 54 of the pack 50 can be engaged is also provided. In addition, the fitting portion 12 is provided with an output terminal that can be electrically connected to correspond to the plus terminal and the minus terminal of the battery pack 50, and a connector (not shown) that can be connected to the connector 60 of the battery pack 50. Is provided. Thereby, the control circuit in the charging device 10 can obtain predetermined temperature information and the like from the battery pack 50 via this connector.
[0023]
As shown in FIG. 1, the control circuit of the charging apparatus 10 mainly includes a power supply circuit 22, a charging current control unit 24, a control unit 26, a voltage detection unit 27, a temperature detection unit 28, a storage unit 29, a fan 23, and the like. Composed.
The power supply circuit 22 is set to have a capacity capable of charging the battery 58 of the battery pack 50. The temperature detection unit 28 is configured to be able to detect the battery temperature during charging by the temperature sensor TM, and the voltage detection unit 27 is configured to be able to detect the battery voltage. On the other hand, the storage unit 29 stores current value control information such as a predetermined map. The fan 23 sends air taken from the outside through the air inlet 13 shown in FIG. 2 to the vent 56 (see FIG. 3) of the battery pack 50 through the air outlet 16 to force the battery 58 in the battery pack 50. Air-cool.
[0024]
The control unit 26 obtains a temperature rise value by differentiating the temperature value output from the temperature detection unit 28, calculates a predetermined current value based on the current value control information in the storage unit 29, and calculates the current value. It is comprised so that it can output to the charging current control part 24 as an electric current command value. The charging current control unit 24 is also configured to control the power supply circuit 22 based on the current command value from the control unit 26 and adjust the charging current of the battery pack 50. The control unit 26 detects the temperature of the battery 58, drives the fan 23 as necessary, and cools the battery 58 during and after charging.
[0025]
The power supply circuit 22, the charging current control unit 24, the control unit 26, the voltage detection unit 27, the temperature detection unit 28, the storage unit 29, and the like described above are the same as those in the previous patent application (Japanese Patent Application No. 11-081247) filed by the present applicant. The configuration of the charging device disclosed in (1) is substantially the same as that of the charging device disclosed in (1), in which the temperature of the battery 58 is detected by the temperature sensor TM, and charging is performed by controlling the charging current based on the detected temperature.
[0026]
When the battery pack 50 is attached to the fitting unit 12 of the charging apparatus 10 configured as described above, the control unit 26 performs the power supply circuit 22, the charging current control unit 24, the voltage detection unit 27, and the temperature detection by a predetermined algorithm. The unit 28, the storage unit 29, etc. are controlled to charge the battery 58 in the battery pack 50. During the charging, the capacity display lamp for displaying the capacity of the battery pack 50 is turned on. When the charging is completed, the charging is stopped and the fact is notified by the lamp.
[0027]
The charging process by the control unit 26 of the charging device will be described with reference to FIGS. When the battery pack 50 is loaded in the charging device 10, the control unit 26 detects the battery voltage by the voltage detection unit 27 and / or detects the battery temperature by the temperature detection unit 28 to load the battery pack 50. It detects (S12: Yes) and reads the information of EEPROM61 (S14). Next, a control program that matches the model of the battery pack 50 in the control program for each battery pack held in the storage unit 29 is searched (S16). Then, rotation of the fan 23 is started, and cooling of the battery 58 in the battery pack 50 is started.
[0028]
Subsequently, the voltage detector 27 detects the temperature of the battery (S20), and the temperature detector 28 detects the temperature of the battery 58 (S22). It is determined whether the charging is completed based on the battery voltage / temperature (S24), and the charging current determined based on the battery voltage / temperature is supplied from the power supply circuit 22 to the battery 58 until the charging is completed (S24: No). (S26). That is, as described above, the temperature value output from the temperature detection unit 28 is differentiated to obtain a temperature rise value, and then a predetermined current value is calculated based on the control program of the storage unit 29. The command value is output to the charging current control unit 24 to control the charging current. When the completion of charging is detected based on the battery temperature and voltage (S24: Yes), charging is stopped and the timing of stopping the fan is adjusted.
[0029]
The process of adjusting the timing of stopping the fan 23 will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 and FIG. 9 showing the change in battery temperature.
First, a timer (for example, 30 minutes) for defining the maximum value of stop timing is set (S32). Next, the temperature of the battery 58 is detected (S34), and the temperature value is differentiated to calculate a temperature gradient, that is, a change in temperature (S36). Then, it is determined whether or not the timer has timed out (S38), and when timed out (S38), the fan 23 is stopped and the process is terminated (S54).
[0030]
Before the time-out (S38: No), it is determined whether the battery temperature is high (S40). When the battery is hot (S40: Yes), it is determined whether the temperature gradient has turned negative, that is, whether the battery temperature is decreasing (S42), and when the temperature is decreasing (S42: Yes). Return to S34 and continue cooling the battery. This prevents the battery from reaching a high temperature state and extends the battery life.
[0031]
On the other hand, when the battery temperature is rising (S42: No), it is determined whether a predetermined time (for example, 1 minute) has elapsed since the completion of charging (S44). Here, as shown in FIG. 9A, when the charging is completed and the temperature continues to rise even after 1 minute has passed since the current has stopped flowing to the battery (S44: Yes), the temperature is higher than the battery temperature. Since the ambient temperature is higher, for example, charging in a car under hot weather, etc., and the fan 23 is rotated to accelerate the battery temperature, the fan 23 is stopped (S54).
[0032]
When the battery temperature is not high (S40: No), it is determined whether the battery temperature is normal temperature (for example, 15 ° C to 50 ° C) (S46). Here, the normal temperature means that it is not an extremely high temperature state or a low temperature state as judged from the life of the battery, and is different depending on the type of battery, for example, nickel cadmium battery or nickel metal hydride battery. When the temperature is normal (S46: Yes), it is determined whether the temperature gradient of the battery is negative (S48), and when it is negative as shown in FIG. 9B (S48: Yes). Then, the fan 23 is stopped (S54). Thereby, while cooling so that the temperature of a battery may become normal temperature, excessive cooling is prevented. Here, the fan 23 is stopped when the temperature gradient becomes negative, but instead, the fan is stopped when the temperature gradient becomes zero or when the temperature gradient becomes below a certain level. You can also.
[0033]
Here, when the temperature gradient is positive, it is determined whether the temperature gradient is equal to or greater than a predetermined value (S50). As shown in FIG. 9C, when the charging is completed and the temperature continues to rise more than a predetermined value even after no current flows through the battery (S50: Yes), the ambient temperature is higher than the battery temperature. For example, charging is performed in a car under the hot sun, and the fan 23 is rotated, so that the battery temperature rises faster, so the fan 23 is stopped (S54).
[0034]
On the other hand, when the temperature gradient rises below a predetermined value (S50: No), the process returns to S34 to continue cooling the battery. This prevents the battery from reaching a high temperature state and extends the battery life.
[0035]
On the other hand, when the temperature is not room temperature (S46: No), that is, when the battery temperature is low at the time of completion of charging, the gradient of the battery temperature is negative, that is, when the battery temperature is further lowered in the low temperature state. (S52: Yes), the fan 23 is stopped (S54), and the battery temperature is prevented from dropping more rapidly from the low temperature state. On the other hand, as shown in FIG. 9D, when the battery temperature is high (S52: No), the low-temperature battery is charged in a normal temperature atmosphere, for example, used outdoors in winter. For example, when the battery is charged in a room temperature room, the process returns to S34, and the fan 23 is kept running to quickly raise the battery temperature to the room temperature. This shortens the time in which the battery is placed in a low temperature state, extends the battery life, and makes it possible to generate an inherent capacity by setting the room temperature state.
[0036]
In the charging device according to the first embodiment, the blowing is continued even after the charging of the battery is completed. That is, the battery is cooled so that the temperature does not become high after completion of charging. Then, when the change in the battery temperature reaches a predetermined value, the blowing is finished. That is, the battery temperature should not be lowered too much. Therefore, charging can be completed so that the battery temperature does not become high or low, but normal temperature, and the life of the battery can be extended and the original performance can be exhibited.
[0037]
Subsequently, a charging device according to a second embodiment of the present invention will be described. The mechanical configuration of the charging device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above with reference to FIGS.
[0038]
With reference to FIG.7 and FIG.8, the charging process of the charging device of 2nd Embodiment is demonstrated. The charging device of the first embodiment starts the rotation of the fan 23 simultaneously with the start of charging, and stops the fan when a predetermined condition is satisfied after the completion of charging. In contrast, in the second embodiment, the battery temperature is monitored, and the fan 23 is rotated and stopped during charging according to the temperature.
[0039]
When the battery pack 50 is loaded in the charging device 10, the control unit 26 detects the battery voltage by the voltage detection unit 27 and / or detects the battery temperature by the temperature detection unit 28 to load the battery pack 50. It detects (S12: Yes) and reads the information of EEPROM61 (S14). Next, a control program that matches the model of the battery pack 50 in the control program for each battery pack held in the storage unit 29 is searched (S16).
[0040]
Subsequently, the voltage detector 27 detects the temperature of the battery (S20), and the temperature detector 28 detects the temperature of the battery 58 (S22). It is determined whether the charging is completed based on the battery voltage / temperature (S24), and the charging current determined based on the battery voltage / temperature is supplied from the power supply circuit 22 to the battery 58 until the charging is completed (S24: No). (S26). That is, as described above, the temperature value output from the temperature detection unit 28 is differentiated to obtain a temperature rise value, and then a predetermined current value is calculated based on the control program of the storage unit 29. The command value is output to the charging current control unit 24 to control the charging current.
[0041]
Subsequently, the process proceeds to the fan 23 control process shown in FIG. First, the temperature value of the battery detected in S22 is differentiated to calculate a temperature gradient, that is, a change in temperature (S36). Then, it is determined whether the battery temperature is high (S40). If the battery temperature is not high (S40: No), it is determined whether the battery is at room temperature (S46). If the battery is not at room temperature, that is, if it is at a low temperature (S46: No), the fan 23 is not rotated (S54). Then, after determining whether or not the charging is completed (S58: No), the process returns to S20 and the charging is continued.
[0042]
On the other hand, when the battery temperature is normal temperature at the start of charging, or when charging starts from a low temperature state and reaches normal temperature (S46: Yes), it is determined whether the temperature gradient is negative (S48: No). Then, it is determined whether the temperature gradient is equal to or higher than a predetermined value (S50). If the temperature continues to rise above a predetermined level (S50: Yes), the ambient temperature is higher than the battery temperature, for example, charging in a car under hot weather, etc. Since it is a case where the ascent is accelerated, the fan 23 is stopped (S54). On the other hand, when the gradient of the temperature rise is equal to or lower than the predetermined value (S50: No), the fan 23 is rotated (S56), thereby suppressing the battery temperature rise. When the temperature gradient becomes negative (S48: Yes), the process proceeds to S54 and the fan 23 is temporarily stopped.
[0043]
Here, when the battery temperature is high (S40: Yes), it is determined whether the temperature gradient is equal to or higher than a predetermined value (S42). When the temperature continues to rise more than a predetermined value (S42: Yes), the ambient temperature is higher than the battery temperature, and the fan 23 is stopped because the battery temperature is rapidly increased by the rotation of the fan 23 (S54). ). On the other hand, when the gradient of the temperature rise is equal to or less than the predetermined value (S42: No), the fan 23 is rotated (S56), thereby suppressing the heat generation so that the battery temperature becomes room temperature.
[0044]
When the above-described processing is repeated to complete the charging and the completion of the charging is detected based on the battery temperature and voltage (S24: Yes shown in FIG. 7), the charging is stopped and the timing of stopping the fan is adjusted. When the battery temperature is high (S40: Yes), it is judged whether the temperature gradient is equal to or higher than a predetermined value (S42: No), and then the fan 23 is rotated (S56) to cool the battery temperature to the room temperature. To do.
[0045]
Here, when the battery is cooled from the high temperature state to the room temperature or when the battery is completely charged in the room temperature state (S46: Yes), it is determined whether the temperature gradient is negative (S48: No). Until the battery temperature becomes negative (S48: No), the rotation of the fan 23 is continued through S50 (S56). When the temperature gradient becomes negative (S48: Yes), the process proceeds to S54 to stop the fan 23, and after determining whether the charging is complete (S58: Yes), all the processes are finished. Here, the fan 23 is stopped when the temperature gradient becomes negative. However, the fan 23 can also be stopped when the absolute value of the negative temperature gradient exceeds a predetermined value.
[0046]
In the charging device according to the second embodiment, the blowing is intermittently performed according to the battery temperature even during the charging of the battery. For this reason, a battery can be charged in a normal temperature state, and a lifetime can be extended. And it continues blowing as needed even after completion of charge of a battery. That is, the temperature of the battery is prevented from becoming high after completion of charging. Then, when the change in the battery temperature reaches a predetermined value, the blowing is finished. That is, the battery temperature should not be lowered too much. Therefore, charging can be completed so that the battery temperature does not become high or low, but normal temperature, and the life of the battery can be extended and the original performance can be exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control circuit and a battery pack of a charging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an external appearance of a charging device.
FIG. 3 is a perspective view showing an external appearance of a battery pack.
4 is a side view of a battery drill using the battery pack shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing by a control unit of the charging apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing by a control unit of the charging apparatus according to the present embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of processing by a control unit of the charging apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing by a control unit of the charging device according to the second embodiment of the present invention.
9A, 9B, 9C, and 9D are graphs showing battery temperature changes during charging and after completion of charging.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Charging apparatus 22 Power supply circuit 23 Fan 26 Control part 26a Communication port 27 Voltage detection part 28 Temperature detection part 50 Battery pack 58 Battery 61 EEPROM
70 battery drill
TM Temperature sensor

Claims

A charging device that blows and cools a battery with a fan during charging,
After the battery is fully charged, detect the battery temperature,
Calculate the detected temperature change,
When the temperature of the battery is determined to be low, and if it is equal to or lower than the set low temperature value, if it is determined that the temperature of the battery is rising based on the calculated change, the blowing is continued ,
When the temperature of the battery exceeds the set low temperature, the air flow is continued until the temperature change is less than the predetermined value or until the change becomes negative, and the temperature change is less than the predetermined value or the change becomes negative. when the charging device characterized that you exit the blower.

A charging device that blows and cools a battery with a fan during charging,
Detect battery temperature,
Calculate the detected temperature change,
When it is determined that the battery temperature is high, and when the battery temperature is higher than the set high temperature value, when it is determined that the battery temperature is rising based on the calculated change, the blowing is stopped ,
When the temperature of the battery is lower than the set high temperature value, air blowing is continued until the temperature change is less than the predetermined value or the change becomes negative, and the temperature change is less than the predetermined value or the change becomes negative. In this case, the charging device is characterized by terminating the blowing .