JP5369082B2

JP5369082B2 - 充電器、アダプタ及び充電システム

Info

Publication number: JP5369082B2
Application number: JP2010271763A
Authority: JP
Inventors: 達哉三輪; 昌樹池田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: US9287721B2; JP2012124997A; US20130234655A1; WO2012077637A1; EP2651006B1; EP2651006A1; EP2651006A4

Description

本発明は、充電器、アダプタ及びこれらを用いて構成される充電システムに関する。

電動機器の電源となる二次電池は、電池パック等に内蔵されるものであり、充電器を用いて充電される。これら二次電池としては、複数の製造メーカーが各種のものを提供している。

特許文献１や特許文献２には、それぞれの二次電池（電池パック）に対応したアダプタを複数用意しておき、これらアダプタを介して、複数種の二次電池を共通の充電器に接続させることが提案されている。

特開平１−３１９２７０号公報特開２００４−２８９８９７号公報

二次電池において、その製造メーカーや種類が異なると、それぞれ適切な充電方式が異なる。ここでの充電方式とは、例えば、定電流充電（以下「ＣＣ充電」という。）を行う際の充電電流値や、定電圧充電（以下「ＣＶ充電」という。）を行う際の充電電圧値であり、製造メーカーごとに特有の方式が存在する。なお、一般的に二次電池の充電では、まず所定の充電電流値でのＣＣ充電を行い、二次電池が８０％程度にまで充填された時点でＣＣ充電を停止し、その後は所定の充電電圧値でのＣＶ充電を行う。

前記した従来の充電器であれば、複数種の二次電池を、アダプタを介在させることで、共通の充電器によって充電することが可能である。しかし、その場合には、充電方式がその二次電池にとって適切な方式とならない場合（つまり、適切な条件でのＣＣ充電やＣＶ充電とならない場合）がある。充電が適切な方式で行われない場合には、二次電池の寿命や充電の安全性等に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、前記問題点に鑑みて発明したものであって、種類が異なる複数の二次電池であっても、それぞれを適当な充電方式で簡単に充電することのできる充電器、アダプタ及び充電システムを提案する。

前記課題を解決するために、本発明の充電器、アダプタ及び充電システムを、それぞれ下記構成を具備したものとする。

本発明の充電器は、充電対象である二次電池の種類に対応して複数種備えたアダプタの１つが選択的に装着される装着部と、装着された前記アダプタを介して前記二次電池の充電を行う制御部とを具備する充電器であって、前記制御部は、特定種の前記二次電池専用のものとして設定される複数の特定充電制御と、前記特定種以外の前記二次電池のために設定される不特定充電制御とを、それぞれ別の充電制御として有し、装着した前記アダプタが有する識別情報に基づいて充電対象の前記二次電池が前記特定種のものであると判断される場合には、その特定種に対応した前記特定充電制御によって前記二次電池の充電を行い、充電対象の前記二次電池が前記特定種以外のものであると判断される場合には、前記不特定充電制御によって前記二次電池の充電を行うものであることを特徴とする。

さらに、本発明の充電器において、複数種の前記特定充電制御と、前記不特定充電制御とは、いずれも所定の充電電流値での定電流充電を行うものであり、前記不特定充電制御での前記充電電流値は、複数種の前記特定充電制御での前記充電電流値のうちの最低値、又はそれより低い値に設定されていることが好ましい。

また、本発明の充電器において、複数種の前記特定充電制御と、前記不特定充電制御とは、いずれも所定の充電電圧での定電圧充電を行うものであり、前記不特定充電制御での前記充電電圧値は、複数種の前記特定充電制御での前記充電電圧値のうちの最低値、又はそれより低い値に設定されていることも好ましい。

また、本発明の充電器において、前記制御部は、充電中の電圧が所定の制限電圧以上になると充電を停止するものであり、複数の制限電圧から１つの制限電圧を、前記識別信号に基づいて選択するように設けていることも好ましい。

本発明のアダプタは、前記充電器に装着される前記アダプタであって、対応する前記二次電池が接続可能な寸法形状を有する接続部と、対応する前記二次電池の識別情報を有する識別手段とを具備することを特徴とする。

本発明の充電システムは、前記充電器と、前記アダプタとから成り、前記充電器に対して複数種の前記アダプタのうち１つを選択的に装着することで、前記アダプタを介して、前記特定種とそれ以外の種類の前記二次電池を共に充電可能としたことを特徴とする。

本発明は、種類が異なる複数の二次電池であっても、それぞれを適当な充電方式で簡単充電することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１の充電システムを概略的に示すブロック図である。本発明の実施形態２の充電システムを概略的に示すブロック図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１には、本発明の実施形態１の充電システムＳを示している。この充電システムＳは、複数種の二次電池２０を充電可能とするものであり、充電器Ａと、アダプタＢとで構成される。充電器Ａは、各種の二次電池２０に対して共通に利用されるものである。一方、アダプタＢは、二次電池２０の種類に対応して複数種のものが利用される。つまり、本実施形態の充電システムＳは、共通に用いられる１つの充電器Ａと、この充電器Ａに対して択一的に装着される複数種のアダプタＢとで、構成される。

充電器Ａには、充電制御マイコンから成る制御部１が内蔵されている。この制御部１は、アダプタＢを介して接続される電池パック５０内の二次電池２０に対して、既定の充電プログラムにしたがって充電を行うものである。また、充電器Ａには、複数種のアダプタＢのうちいずれか１つが装着される装着部２を設けている。

アダプタＢには、充電器Ａの装着部２と合致する寸法形状の被装着部１０を設けている。本実施形態では、凹状の装着部２に凸状の被装着部１０が嵌合して接続される構造としているが、機械的に且つ電気的に接続される構造であれば、他の装着構造であってもよい。さらに、アダプタＢの被装着部１０とは反対側の部分に、電池パック５０を接続するための接続部１１を設けている。接続部１１は、このアダプタＢに接続させることのできる電池パック５０専用の寸法形状を有している。

また、アダプタＢには、所定の電気抵抗を有する抵抗部１２が内蔵されている。この抵抗部１２は、アダプタＢが充電器Ａに装着されたときに該充電器Ａ内の制御部１に対して電気接続されるものであり、前記所定の電気抵抗が、制御部１に対して出力されるアダプタ識別信号となる。

電池パック５０は、アダプタＢの接続部１１と合致する寸法形状の被接続部２１を有する。本実施形態では、凹状の接続部１１に凸状の被接続部２１が嵌合して接続される構造としているが、機械的に且つ電気的に接続される構造であれば、他の構造であってもよい。

電池パック５０には、充電対象である二次電池２０に加えて、二次電池２０のセル電圧を監視するセル電圧監視ＩＣから成る電圧監視部２２と、二次電池２０の温度を監視するサーミスタから成る温度監視部２３とを内蔵している。電圧監視部２２と温度監視部２３とは、アダプタＢを介して充電器Ａ内の制御部１に電気接続され、電圧監視部２２が制御部１に対して電圧信号を出力し、温度監視部２３が制御部１に対して温度信号を出力する。

以上のように、本実施形態の充電システムＳにおいては、複数種の電池パック５０を充電可能とするため、複数種のアダプタＢを用意している。そして、電池パック５０に対しては、専用の種類のアダプタＢだけが接続され、それ以外のアダプタＢは接続されないように設けている。電池パックＢに対するアダプタＢの接続の可不可は、接続部１１と被接続部２１が機械的に接続されるか否かによって決定される。

したがって、充電器Ａの制御部１は、アダプタＢの抵抗部１２から出力されるアダプタ識別信号によって、どの種類のアダプタＢが装着されたのか、つまりは、どの種類の二次電池２０を有する電池パック５０が装着されたのかを、識別することができる。

充電器Ａの制御部１は、出力されるアダプタ識別信号に基づいて選択された方式の充電制御プログラムにしたがって、電池パック５０の二次電池２０を充電する。ここでの充電制御は、特定充電制御と、不特定充電制御とに大別される。特定充電制御は、特定種の二次電池２０に対して最適な充電制御として、あらかじめ複数種だけ記憶させたものである。不特定充電制御は、特定種以外の二次電池２０に対して安全に充電を行うことのできる充電制御として、前記複数種の特定充電制御とは別に記憶させたものである。

特定充電制御においては、その二次電池２０特有のプログラムで、ＣＣ充電やＣＶ充電を組み合わせた充電制御を行う。具体的には、所定の充電電流値でのＣＣ充電をまず行い、二次電池が８０％程度にまで充填された時点で、所定の充電電圧値でのＣＶ充電に切り替える。ここでの充電電圧値は、温度監視部２３により検知される電池温度に応じて、複数段階で変更される。例えば、検知される電池温度が１０〜４５℃の通常温度域にある場合は、充電電圧値が４．２Ｖ／セルに設定され、４５℃を超える高温度域となる場合には充電電圧値が４．０Ｖ／セルに設定され、１０℃を下回る低温度域となる場合には充電電圧値が３．９Ｖ／セルに設定される、といった具合である。これらの詳細な温度域や、その温度域での充電電圧値は、二次電池２０の製造メーカーごとに全く別のものとなる。

不特定充電制御においても、ＣＣ充電とＣＶ充電を組み合わせた充電制御を行う。具体的には、不特定充電用に設定した充電電流値でのＣＣ充電をまず行い、その後に、不特定充電用に設定した充電電圧値でのＣＶ充電を行う。

不特定充電制御で用いる充電電流値は、複数種記憶させている特定充電制御の全ての充電電流値のうち、最低値又はそれよりも低い値に設定する。具体的には、全ての特定充電制御において設定される充電電流値のうち、最低値が２Ａである場合には、不特定充電制御での充電電流値は２Ａかそれより低い値に設定する。また、高温度域と低温度域では充電電流値を２Ａに設定し、通常温度域では２．１Ａに設定するといったように、温度に対応して設定してもよい。いずれにしても、各温度において、複数種記憶させている特定充電制御の全ての充電電流値のうち、最低値又はそれよりも低い値となるように設定すればよい。

また、不特定充電制御の充電電圧値についても、複数種記憶させている特定充電制御の全ての充電電圧値のうち、最低値又はそれよりも低い値に設定する。具体的には、全ての特定充電制御において設定される充電電圧値のうち、全温度域での最低値が３．９Ｖ／セルである場合には、不特定充電制御での充電電圧値は３．９Ｖ／セルかそれより低い値に設定する。また、高温度域と低温度域では充電電圧値を３．９Ｖ／セルに設定し、通常温度域では４．１Ｖ／セルに設定するといったように、温度に対応して設定してもよい。いずれにしても、各温度において、複数種記憶させている特定充電制御の全ての充電電圧値のうち、最低値又はそれよりも低い値となるように設定すればよい。

したがって、本実施形態の充電システムＳによれば、適切な充電制御方法が分かっている特定種の電池パック５０に対しては、この電池パック５０が装着されたことをアダプタ識別信号により認識した充電器Ａの制御部１が、あらかじめ記憶させている適切な充電制御（つまり特定充電制御）によって、電池パック５０の充電を行う。

そして、特定種以外の電池パック５０に対しては、装着された電池パック５０が特定種以外のものであることをアダプタ識別信号により認識した充電器Ａの制御部１が、特定充電制御ではなく不特定充電制御によって、充電を実行する。

不特定充電制御においては、その電池パック５０の二次電池２０に最適な条件という訳でないため、充電時間が比較的長くなる。しかし、前述したように、充電電流値や充電電圧値を最低水準に設定しているので、安全に充電を完了することができる。

そのため、本実施形態の充電システムＳでは、複数種のアダプタＢを使い分けることにより、特定種の電池パック５０に対しては短時間で且つ安全に充電を完了することができ、それ以外の種類の電池パック５０に対しては、多少時間はかかるものの安全に充電を完了することができる。

また、充電器Ａを購入した後に、新規タイプの二次電池２０を有する電池パック５０の販売が開始されるような場合であっても、この新規タイプの電池パック５０に装着可能な専用形状のアダプタＢを別途提供するだけで、対応可能となる。このアダプタＢには、特定種以外のものであることを認識させるための抵抗部１２を内蔵させておく。使用者は、別途提供されたアダプタＢを介してその新規タイプの電池パック５０を充電器Ａに装着すれば、不特定充電制御のプログラムにしたがって、多少時間はかかるものの安全に充電を完了することができる。つまり、新規の電池パック５０を充電するために充電器Ａそのものを新たに購入する必要なく、別途提供のアダプタＢだけを入手すればよい。

さらに、下記の表１に例示するように、抵抗部１２がアダプタ識別信号として有する抵抗値（表中の「アダプタ識別抵抗」）に基づいて出力制限電圧が選択されるように、充電器Ａの制御部１を設けてもよい。制御部１は、マイコン故障時等の安全対策として、充電電圧が出力制限電圧を超えたときには充電を停止させるように設定される。

この場合、上記の表１に示されるように、制御部１は制限電圧として例えば５Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖ、…等の複数種のものを有しており、装着されるアダプタＢが有するアダプタ識別抵抗に基づいて、これら複数の制限電圧のうち１つを選択する。つまり、この場合の制御部１は、表１のような、アダプタ識別抵抗に基づいて充電電流と充電電圧と出力制限電圧とが設定されたテーブルを有している。

次に、本発明の実施形態２の充電システムＳについて説明する。図２には、本実施形態の充電システムＳを示している。本実施形態の充電システムＳは、図１に基づいて説明した実施形態１の充電システムＳと比較して、大部分の構成は共通のものとなっている。したがって、以下においては、本実施形態の構成のうち実施形態１とは相違するものについてのみ、詳述する。

本実施形態の充電システムＳでは、制御部１に対してアダプタ識別信号を出力する識別手段として、実施形態１のような抵抗部１２ではなく、ＲＯＭから成るメモリ部１３を有している。このメモリ部１３からは、充電器Ａに装着されたときに、ＵＡＲＴ通信によって制御部１にむけてアダプタ識別信号が出力される。

また、本実施形態の充電システムＳでは、電池パック５０に内蔵した抵抗部２４から、制御部１に対してパック識別信号が出力されるように設けている。この抵抗部２４は、充電器Ａに装着されたときに該充電器Ａ内の制御部１に対して電気接続されるものであり、抵抗部２４の有する電気抵抗が、制御部１に対して出力されるパック識別信号となる。

そのため、制御部１には、アダプタ識別信号に加えてパック識別信号が出力される。制御部１は、アダプタ識別信号とパック識別信号を組み合わせることで、二次電池２０やこれを内蔵する電池パック５０の種類をより詳細に認識することができ、その認識に合わせて、充電時の条件設定をより多様に変更することができる。

以上、説明したように、実施形態１，２の充電器Ａは、充電対象である二次電池２０の種類に対応して複数種備えたアダプタＢの１つが選択的に装着される装着部２と、装着されたアダプタＢを介して二次電池２０の充電を行う制御部１とを具備する。制御部１は、特定種の二次電池２０専用のものとして設定される複数の特定充電制御と、特定種以外の二次電池２０のために設定される不特定充電制御とを、それぞれ別の充電制御として有する。装着したアダプタＢが有する識別情報に基づいて充電対象の二次電池２０が特定種のものであると判断される場合には、その特定種に対応した特定充電制御によって二次電池２０の充電を行う。充電対象の二次電池２０が特定種以外のものであると判断される場合には、不特定充電制御によって二次電池２０の充電を行う。

したがって、前記構成の充電器Ａによれば、アダプタＢを選択的に介在させることにより、複数種の二次電池２０が充電可能となる。しかも、特定種の二次電池２０に対しては、その二次電池２０に対応した特定充電制御によって充電を完了することができ、それ以外の二次電池２０に対しては、不特定充電制御によって安全に充電を完了することができる。つまり、装着したアダプタＢの識別情報を利用することにより、そのアダプタＢを介して接続される二次電池２０の種類を判別し、その種類に応じた適切な充電制御を行うことが可能となる。

また、実施形態１，２の充電器Ａにおいて、複数種の特定充電制御と、不特定充電制御とは、いずれも所定の充電電流値での定電流充電を行うものである。不特定充電制御での充電電流値は、複数種の特定充電制御での充電電流値のうちの最低値又はそれより低い値に設定されている。

したがって、前記構成の充電器Ａによれば、特定種の二次電池２０に対して、安全に且つ高速で充電が完了されるのは勿論のこと、それ以外の二次電池２０に対しても、時間は比較的かかるものの安全に充電が完了される。

また、実施形態１，２の充電器Ａにおいて、複数種の特定充電制御と、不特定充電制御とは、いずれも所定の充電電圧での定電圧充電を行うものであり、不特定充電制御での充電電圧値は、複数種の特定充電制御での充電電圧値のうちの最低値、又はそれより低い値に設定されている。

また、実施形態１，２の充電器Ａにおいて、制御部１は、充電中の電圧が所定の制限電圧以上になると充電を停止するものであり、複数の制限電圧から１つの制限電圧を、識別信号に基づいて選択するように設けている。

したがって、前記構成の充電器Ａによれば、装着するアダプタＢの種類すなわち充電対象となる二次電池２０の種類に応じて、制限電圧としてより適切なものを選択することができる。

また、実施形態１，２のアダプタＢは、前記構成の充電器Ａに装着されるアダプタＢであって、対応する二次電池２０が接続可能な寸法形状を有する接続部１１と、対応する二次電池２０の識別情報を有する識別手段とを具備する。

したがって、前記構成のアダプタＢによれば、充電器ＡにアダプタＢを装着した状態で、このアダプタＢが有する識別情報に基づいて、アダプタＢの種類すなわち充電対象となる二次電池２０の種類を、充電器Ａの制御部１に識別させることができる。

また、実施形態１，２の充電システムＳは、前記構成の充電器Ａと、前記構成の複数種のアダプタＢとから成る。そして、充電器Ａに対して複数種のアダプタＢのうち１つを選択的に装着することで、アダプタＢを介して、特定種とそれ以外の種類の二次電池２０を共に充電可能としている。

したがって、前記構成の充電システムＳによれば、複数種のアダプタＢの１つを介することにより、共通の充電器Ａで複数種の二次電池２０が充電可能となる。しかも、特定種の二次電池２０に対しては、専用に設けたアダプタＢを介して、その二次電池２０に対応した特定充電制御によって充電を完了することができる。また、特定種以外の二次電池２０に対しても、前記専用のアダプタＢとは別に設けたアダプタＢを介して、不特定充電制御により安全に充電を完了することができる。つまり、装着したアダプタＢの識別情報を利用することにより、そのアダプタＢを介して接続される二次電池２０の種類を判別し、二次電池２０の種類に応じた適切な充電制御を行うことができる。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各実施形態において適宜の設計変更を行うことや、各実施形態の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

１制御部
２装着部
１１接続部
２０二次電池
Ａ充電器
Ｂアダプタ
Ｓ充電システム

Claims

充電対象である二次電池の種類に対応して複数種備えたアダプタの１つが選択的に装着される装着部と、装着された前記アダプタを介して前記二次電池の充電を行う制御部とを具備する充電器であって、前記制御部は、特定種の前記二次電池専用のものとして設定される複数の特定充電制御と、前記特定種以外の前記二次電池のために設定される不特定充電制御とを、それぞれ別の充電制御として有し、装着した前記アダプタが有する識別情報に基づいて充電対象の前記二次電池が前記特定種のものであると判断される場合には、その特定種に対応した前記特定充電制御によって前記二次電池の充電を行い、充電対象の前記二次電池が前記特定種以外のものであると判断される場合には、前記不特定充電制御によって前記二次電池の充電を行うものであることを特徴とする充電器。
複数種の前記特定充電制御と、前記不特定充電制御とは、いずれも所定の充電電流値での定電流充電を行うものであり、前記不特定充電制御での前記充電電流値は、複数種の前記特定充電制御での前記充電電流値のうちの最低値、又はそれより低い値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の充電器。
複数種の前記特定充電制御と、前記不特定充電制御とは、いずれも所定の充電電圧での定電圧充電を行うものであり、前記不特定充電制御での前記充電電圧値は、複数種の前記特定充電制御での前記充電電圧値のうちの最低値、又はそれより低い値に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の充電器。
前記制御部は、充電中の電圧が所定の制限電圧以上になると充電を停止するものであり、複数の制限電圧から１つの制限電圧を、前記識別信号に基づいて選択するように設けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電器。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記充電器に装着される前記アダプタであって、対応する前記二次電池が接続可能な寸法形状を有する接続部と、対応する前記二次電池の識別情報を有する識別手段とを具備することを特徴とするアダプタ。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記充電器と、請求項５に記載の複数種の前記アダプタとから成り、前記充電器に対して複数種の前記アダプタのうち１つを選択的に装着することで、前記アダプタを介して、前記特定種とそれ以外の種類の前記二次電池を共に充電可能としたことを特徴とする充電システム。