CN1601804A - 多电池充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多电池充电装置，其目的在于，缩小充电电路的输出电流，并在短时间内对多个二次电池进行急速充电。由此，防止各二次电池的过度充电，以有效防止电池性能的降低。在该多电池充电装置中，将多组充电单元相互串联连接，所述多组充电单元具备与二次电池串联连接的串联开关、以及在二次电池和串联开关的串联电路上并联连接的并联开关，对充电单元的串联开关和并联开关进行导通截止切换，以控制二次电池的充电状态。充电装置中，充电控制部变更对充电单元的串联开关和并联开关进行导通截止切换的占空比，并以预定的占空比将充电单元切换到充电状态和充电中断状态，再控制二次电池的充电电流，由此对多个电池进行充电。

Description

多电池充电装置
技术领域
本发明涉及一种将多个二次电池串联连接进行充电的充电装置。
背景技术
对多个二次电池进行充电的充电器中，将二次电池并联连接后进行充电(参照专利文献1)。该公报中记载的充电器，如图1所示，将开关41与各二次电池42串联连接，并用充电控制部43对该开关41进行导通截止(on off)切换。二次电池42在开关导通下充电，并在开关截止时停止充电。充电控制部43在二次电池42满充电前，使开关41导通，在二次电池42满充电时，使开关41切换为截止。由于二次电池42不会同时满充电，因此从与已满充电的二次电池42连接的开关41开始，由导通切换为截止。
[专利文献1]：特开2002-298930公报。
此构造的充电器，当为了在短时间内快速充电二次电池而以大电流进行充电时，充电电路的输出电流显著增大。这由于所有二次电池的充电电流的累计值成为充电电路的输出电流的缘故。例如，将4个二次电池以4A急速充电的充电电路的输出电流，显著增大为16A。
为了以较小的充电电流对多个二次电池进行充电，开发出了一种将二次电池串联连接进行充电的充电器。但，对于串联连接进行充电的二次电池，不能进行各二次电池的充电电流的控制。因此，当重复充电时，充电容量减少的二次电池被过度充电而使电池性能降低导致劣化。由于劣化的电池的充电容量会变得更小，因此该电池会被过度充电而急剧劣化。
发明内容
本发明有鉴于解决上述缺点而作出的。本发明的重要目的在于提供一种能够以理想得状态满充电的多电池充电装置，该充电装置中，使充电电路的输出电流变小，同时可在短时间内对多个二次电池进行急速充电，而且，可防止各二次电池的过度充电，从而有效防止电池性能降低。
本发明的多电池充电装置，具备：多组充电单元33，将二次电池2和串联开关31串联连接，并在二次电池2和串联开关31的串联电路上并联连接并联开关32；充电电源部34，将多组充电单元33串联连接，并向串联连接的充电单元33流通充电电流；充电控制部35，对充电单元33的串联开关31和并联开关32进行导通截止切换，并对充电单元33的二次电池2的充电状态进行控制。充电控制部35，在使充电单元33的串联开关31导通、且使并联开关32截止的充电状态下，对二次电池2进行充电；并在使充电单元33的串联开关31截止、且使并联开关32导通的充电中断状态下，将流通于充电单元33中的电流旁路至并联开关32，而使充电电流不流通至二次电池2。充电控制部35变更对充电单元33的串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比，并以预定的占空比将充电单元33切换到充电状态和充电中断状态，由此控制二次电池2的充电电流来进行充电。
本发明第2方案的充电装置中，充电控制部35具备检测电池温度的温度传感器4，并检测预定的电池温度，来对串联开关31和并联开关32的导通截止进行控制。再者，本发明的第3方案的充电装置中，充电控制部35用温度传感器4检测二次电池2的温度，并在预定的电池温度下，变更对串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比，来控制充电电流。再者，本发明的第4方案的充电装置中，对充电单元33的每一个二次电池2设定了前述预定的电池温度。
本发明第5方案的充电装置，充电电源部34为恒流特性的电源。再者，本发明第6方案的充电装置，充电控制部35检测电池温度和电池电压的任一方或两方，以检测二次电池2的满充电。再者，本发明第7方案的充电装置，检测前述二次电池2的剩余容量之后，首先开始对剩余容量较少的二次电池进行充电，并在此之后，再开始对剩余容量较多的二次电池进行充电。
发明效果
本发明的充电装置具有可使充电电路的输出电流变小，同时在短时间内对多个二次电池进行急速充电的优点。这是由于本发明的充电装置如下构成：将多组充电单元相互串联连接，所述多组充电单元具备与二次电池串联连接的串联开关、以及在二次电池和串联开关的串联电路上并联连接的并联开关，对充电单元的串联开关和并联开关进行导通截止切换，以控制二次电池的充电状态。该结构的充电装置中，将充电单元串联连接，因此，即使为了在短时间内对二次电池进行急速充电而以大电流进行充电，充电电路的输出电流业不会显著变大。这是由于不像将充电单元并联连接的现有的充电装置那样，所有二次电池的充电电流的累计值成为充电电路的输出电流。
再者，本发明的充电装置变更对各充电单元的串联开关和并联开关进行导通截止切换的占空比，并可将各充电单元以预定的占空比切换到充电状态和充电中断状态，因此，可控制串联连接的各二次电池的充电电流。因此，能够可靠防止充电容量减少的二次电池被过度充电而使电池性能降低恶化。因此，本发明的充电装置具有一面防止各二次电池的过度充电以有效防止电池性能的降低，一面可在理想的状态下进行满充电的优点。
附图说明
图1现有充电装置的电路图。
图2有关本发明的一实施例的多电池充电装置的电路图。
图3示出图2所示的充电装置在改变占空比的同时对电池进行充电时的温度特性与电压特性的一例图。
图4示出图2所示的充电装置在改变占空比的同时对电池进行充电的状态的流程图。
图5示出图2所示的充电装置在改变占空比的同时对电池进行充电时的温度特性与电压特性的另一例图。
图6示出将4个二次电池装在充电器中进行充电的一例的概略剖视图。
图7示出将3个二次电池装在充电器中进行充电的一例的概略剖视图。
图8示出具备图3所示的充电装置的充电器一例的立体图。
图9示出在图8所示的充电器中安装单三型电池的状态的背面立体图。
图10示出将图8所示的充电器的旋转输出端子立起来的状态的立体图。
图11示出在图10所示的充电器中安装单四型电池的状态的俯视图。
图12图11所示的充电器的侧视图。
图13示出图12所示的充电器中安装电池的状态的放大剖视图。
图14示出将图10所示的充电器的上外壳拆下的状态的立体图。
图15图14所示的充电器的热传导体的分解立体图。
图16示出电池与热传导体的位置关的剖视图。
图17示出本发明的一实施例的充电器用温度传感器检测电池温度的状态的放大剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施例。以下所示的实施例仅为具体表现本发明的技术思想而例示充电装置的，并不以下述内容来限定本发明的充电装置。
再者，本说明书中，为易于理解权利要求的范围，将对应于实施例中所述构件的元件标记，标注到「权利要求」及「发明内容」部分的文字中。但，权利要求中所示的构件，并不限定于实施例的构件。
图2所示的充电装置，具备：相互串联连接的多组充电单元33；使充电电流在串联连接的充电单元33中流通的充电电源部34；充电控制部35，对充电单元33的串联开关31与并联开关32进行导通/截止的切换，来控制二次电池2的充电状态。
各充电单元33具备：与二次电池2串联连接的串联开关31；以及在二次电池2和串联开关31的串联电路上并联连接的并联开关32。串联开关31在对二次电池2进行充电时导通，而在不充电时切换成截止。并联开关32在对二次电池2进行充电时截止，而在使充电电流旁路时切换成导通。如并联开关32为导通的状态时，流通于充电单元33的电流，不流通二次电池2而旁路流通到并联开关32。因此，不对二次电池2进行充电的充电单元33中，使并联开关32导通。并联开关32与串联开关31不同时切换成导通。这为了阻止短路电流流通于二次电池2。串联开关31与并联开关32为FET或晶体管等半导体开关元件。
充电电源部34中内置有恒流电路。该充电电源部34输出一定的电流，该输出与作为负载连接的充电单元33的串联开关31和并联开关32的导通截止状态无关。而且，充电电源部34中内置有当负载短路时中断输出的安全电路(未图标)。在所有的二次电池2被满充电而所有充电单元33的并联开关32被切换为导通时，该充电电源部34中断输出而可安全使用。但，充电电源部34如图2所示，将主开关38连接于输出侧，且可以用主开关38阻止流过短路电流。在所有二次电池2满充电，从而所有充电单元33的并联开关32切换成导通的状态下，主开关38切换成截止，中断充电电源部34的输出电流。此外，当所有二次电池2满充电时，将串联开关31与并联开关32两方切换成截止，也可防止充电电源部34的输出短路。
充电电源部34也可根据从充电控制部35输入的控制信号，变更充电电压或输出电流。例如，通过充电的二次电池2的个数来变更输出电压的充电电源部34中，充电的二次电池2的个数增多时输出电压升高。例如，将1个二次电池的输出电压设为V1时，在对n个二次电池进行充电时，输出电压成为nV1。换言之，将输出电压设为对1个二次电池进行充电时的电压的所充电二次电池的个数倍。确定充电的二次电池2的个数的信号，从充电控制部35输入到充电电源部34。
此外，控制充电电流的充电电源部34，最初增大输出电流，随着二次电池2接近满充电而缩小输出电流，能够以较短时间使二次电池2满充电。可以用从充电控制部35输入的信号来控制充电电源部34的输出电流。
充电控制部35通过变更将串联开关31和并联开关32切换成导通截止的占空比，来调整对二次电池2进行充电的平均电流。二次电池2在使串联开关31导通、使并联开关32截止的充电状态下被充电，而在使串联开关31截止、使并联开关32导通的充电中断状态下，中断充电电流。因此，充电控制部35通过变更将串联开关31和并联开关32切换成充电状态与充电中断状态的占空比，来调整二次电池2的平均充电电流。二次电池2被充电的平均充电电流(I)通过下式确定。
I＝输出电流×[充电状态的时间/(充电状态的时间+充电中断状态的时间)]
在该公式中，输出电流为充电电源部34的输出电流；充电状态的时间使串联开关31导通而对二次电池2进行充电的时间；充电中断状态的时间使串联开关31截止而中断充电电流的时间。
在该公式中，[充电状态的时间/(充电状态的时间+充电中断状态的时间)]使串联开关31导通截止切换的占空比，因此使占空比增大，即可使电池的平均充电电流增大，而使占空比缩小即可使电池的平均电流缩小。
例如，当充电电源部34的输出电流为5A，充电状态为0.8秒，充电中断状态为0.2秒，占空比为80％，使充电状态和充电中断状态以1秒的周期反复充电时，以该条件充电的充电单元的二次电池的平均输出电流成为4A。此外，充电状态为0.6秒，充电中断状态为0.4秒，占空比为60％，使充电状状态与充电中断状态以1秒的周期反复充电时，以此条件所充电的充电单元的二次电池的平均输出电流成为3A。再者，充电状态为0.4秒，充电中断状态为0.6秒，占空比为40％，使充电状态和充电中断状态以1秒的周期反复充电时，以该条件充电的充电单元33的二次电池2的平均输出电流成为2A。如此，充电控制部35通过变更使充电状态与充电中断状态以一定周期反复进行的占空比，即可调整二次电池2的平均充电电流。二次电池2在使串联开关31导通的状态下充电。充电状态与充电中断状态的占空比成为对串联开关31进行导通截止切换的占空比。因此，充电状态与充电中断状态的占空比，即为相对于串联开关31的1周期的导通时间，亦即等于串联开关31的[导通时间/导通时间+截止时间]。
充电控制部35检测电池温度或电池电压，以控制所充电的二次电池2的平均充电电流。图2的充电装置，为了通过电池温度控制二次电池2的平均充电电流，而在充电控制部35中设有检测电池温度的温度传感器4。该图的充电控制部35具备：检测各个电池温度的温度传感器4，以及根据由该温度传感器4输入的信号来检测电池温度的电池温度检测部36。充电控制部35用温度传感器4检测电池温度，分别控制各二次电池2的平均充电电流，使电池温度成为设定温度，或者使电池温度的上升在预定的范围内。
温度传感器4接触或靠近与电池表面来检测电池温度。此外，温度传感器4借助后述的热传导板来检测电池温度。热传导板被弹性按压到电池表面而与电池接触。该热传导板被电池的热直接加热。温度传感器固定在热传导板上。该温度传感器通过检测热传导板的温度，来检测电池温度。
温度传感器4热敏电阻(thermistor)。温度传感器可使用如热敏电阻那样的因电池温度而改变电阻的所有元件。由于温度传感器4因电池温度而电阻发生变化的元件，因此电池温度检测部36将温度传感器4的电阻转换成温度信号，输入到充电控制部35。例如，电池温度检测部36中内置有将模拟电阻转换成数字值的A/D转换器。该电池温度检测部36将温度传感器4的信号转换成数字信号输入到充电控制部35。充电控制部35对所输入的温度信号进行运算，对串联开关31和并联开关32进行导通截止的切换。
图2的充电装置，在充电控制部35还具备检测各个电池电压的电池电压检测部37。该充电控制部35可检测电池电压，并可控制分别对各二次电池2进行充电的、二次电池2的平均充电电流。再者，也可通过检测电池电压，来检测出二次电池2的满充电。例如，充电控制部35通过检测电池电压从峰值电压降低V的情况，来检测电池的满充电。
图3图表示出：充电控制部35检测电池温度，并改变充电状态和充电中断状态的占空比，在控制平均充电电流的同时进行充电时，电池电压和电池温度变化的状态。该图示出对2个二次电池进行充电的状态，并示出被充电的2个二次电池的电池电压和电池温度。该图示出：当电池温度上升到设定温度时，充电控制部35改变占空比之后进行充电的状态。当电池温度上升到设定温度时，充电控制部35马上减小占空比，以减少平均充电电流来进行满充电。改变占空比的设定温度设定为电池温度上升5℃的温度。
图3示出充电控制部35通过图4所示的下列工序，来对二次电池2进行充电的状态。
[n＝1的工序]
以90％的占空比对二次电池2进行充电。例如，将串联开关31的导通时间设为0.9秒，将截止时间设为0.1秒，以1秒的周期对串联开关31与并联开关32反复进行导通截止切换，来对二次电池2进行充电。在该状态下，二次电池2的平均充电电流成为充电电源部34的输出电流的90％。如将充电电源部34的输出电流设为5A，则二次电池2的平均充电电流成为4.5A。
串联开关31导通时，并联开关32切换成截止；而串联开关31截止时，并联开关32切换成导通。被充电的二次电池2的电池电压和电池温度马上上升。
[n＝2的工序]
检测电池温度，并判定电池温度是否上升5℃，或电池温度是否已经到达50℃。直到电池温度上升5℃，或电池温度到达50℃，反复n＝1的工序并以90％的占空比对二次电池2进行充电。当电池温度上升5℃，或电池温度到达50℃时，转移到n＝3的工序。
[n＝3的工序]
将对二次电池2进行充电的占空比从90％变更为60％。若充电电源部34的输出电流5A，则二次电池2的平均充电电流成为3A。2个二次电池的电池温度不会在同一时序上升5℃，或到达50℃电池温度。图3中，电池A的温度比电池B先上升，因此，对电池A进行充电的占空比先从90％切换成60％。充电控制部35改变对充电单元33的串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比，来调整二次电池2的平均充电电流，所述充电单元33的串联开关31和并联开关32，与电池温度上升5℃或电池温度到达50℃的二次电池2连接。当减小占空比时，电池电压暂时降低，但其后马上上升。
[n＝4的工序]
切换至n＝3的工序之后，进一步判定电池温度是否上升了5℃，或电池温度是否到达55℃。直到电池温度上升5℃，或电池温度到达55℃前，反复n＝3的工序并以60％的占空比对二次电池2充电。当电池温度切换至n＝3的工序之后上升5℃，或电池温度到达55℃时，进入n＝5的工序。
[n＝5的工序]
将对二次电池2进行充电的占空比从60％变更为30％。充电电源部34的输出电流如为5A，则二次电池2的平均充电电流成为1.5A。2个二次电池2与n＝3的工序相同，电池温度再上升5℃，或电池温度到达55℃的时序不同，因此，将占空比从60％切换至30％的时序亦不同。充电控制部35改变对充电单元33的串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比，来调整二次电池2的平均充电电流，所述充电单元33的串联开关31与并联开关32与电池温度再上升5℃或电池温度到达55℃的二次电池2连接。在此工序中，当减小占空比时，电池电压暂时降低，但之后马上上升。
[n＝6的工序]
判定电池温度是否到达60℃，或电池电压是否从峰值电压降低V。直到电池温度上升至60℃或电池电压从峰值电压降低V为止，反复n＝5的工序，以30％的占空比对二次电池2进行充电。当电池温度上升至60℃或电池电压从峰值电压降低V时，判定二次电池满充电，在充电中断状态下结束充电。控制满充电的二次电池2的充电单元33，将串联开关31切换为截止，将并联开关32切换为导通，而形成充电中断状态。将全部的二次电池2满充电时，将主开关38从导通切换为截止，中断充电电源部34的输出。此外，也可将全部的串联开关31及并联开关32切换为截止。而且，在将全部串联开关31及并联开关32切换为截止，同时将主开关38切换为截止。
再者，本发明的充电装置检测电池温度，控制平均充电电流，使电池温度成为保持设定温度，也可在将电池温度保持在保持设定温度的同时进行充电。该充电方法中，将电池温度保持在保持设定温度以下的同时进行充电，因此具有如下优点：通过将保持设定温度设为比对于充电时的电池产生不良影响或性能降低的温度低的最大接近温度，从而可用大电流进行急速充电。此时，充电控制部35控制串联开关31和并联开关32的占空比，在将电池温度保持在设定温度的同时进行充电，以使电池温度不会上升到超过保持设定温度以上。图5的曲线图示出充电控制部35在对这样的二次电池2进行充电时，电池温度上升的特性和电池电压变化的特性。该图中，曲线A表示电池温度上升的特性，曲线B表示电池电压变化的特性。
如图所示，充电控制部35在开始充电的最初温度上升充电工序中，将电池温度上升到预定上升温度，之后在温度保持充电工序中，一面将电池温度保持在保持设定温度一面进行充电。因此，最初流通较大的电流，来使电池温度上升。换言之，流通使电池温度上升程度的较大电流，来对二次电池2进行充电。此时，二次电池2虽以较大的电流进行充电，但电池温度不升高，因此，电池性能也不会下降，在该时段可充电较大的容量。
充电控制部35根据由电池温度检测部36输入的信号，分别检测出各电池温度，并在各充电单元33中，以预定的占空比分别对串联开关31和并联开关32进行导通截止的切换。对串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比，在电池温度高的状态下设定为较小，在电池温度低时设定为较大，将电池温度保持在保持设定温度。如图5所示，因在开始充电的最初电池温度较低，以较大的平均充电电流进行充电，直到电池温度上升到预定上升温度为止，并在之后由充电控制部35控制充电状态与充电中断状态的占空比，使二次电池2的温度保持在保持设定温度。
充电控制部35，当由温度传感器4检测出的电池温度比保持设定温度低时增大占空比，并增大对二次电池2脉冲充电的平均充电电流，使电池温度上升。当电池温度上升到保持设定温度时，控制充电状态与充电中断状态的占空比，以减小占空比来使电池温度不超过保持设定温度，且不致下降到低于保持设定温度。因此，充电控制部35通过控制串联开关31和并联开关32的占空比，来控制对二次电池2进行充电的平均充电电流，将二次电池2的温度控制成图5的曲线所示。
该充电装置以下列工序对二次电池2进行充电。
(1)、首先在充电开始之前，用温度传感器4检测出充电的二次电池2的温度。充电控制部35在所检测的电池温度处于开始设定温度范围时，开始温度上升充电工序。开始温度上升充电工序的二次电池2的开始设定温度范围为0至40℃，最好为10至30℃。当电池温度比开始设定温度范围低或高时，一边检测电池电压一边开始进行通常充电。通常充电中，将充电电流限制在1C以下，一边检测电池电压，一边使电池电压成为峰值电压，或者检测出V后进行满充电。
再者，根据电压检测出二次电池2的剩余容量。这是由于即将满充电的电池，若在下一个温度上升充电工序中被充电，则会被过度充电而使电池性能降低。电池电压比设定电压低的电池被判别为剩余容量较少，并在温度上升充电工序中开始充电。电池的电压比设定电压高的电池被判别为剩余容量较大，并在温度上升充电工序中若进行充电则判别为过度充电，并进行通常充电。
再有，在开始充电时检测出二次电池2的内部电阻，当内部电阻比预定的电阻高时，不移至温度上升充电工序而进行通常充电。通常充电后，若内部电阻比预定的电阻小，则也能开始温度上升充电工序。
(2)、二次电池2的温度在开始设定温度范围内，且电池电压比保持设定电压低时，开始温度上升充电工序。温度上升充电工序中，以较大电流进行充电，来使电池温度以预定的温度梯度上升。在该工序中，以电池温度的上升梯度为约3℃/分的平均充电电流进行充电。单三型的、标称电容为2100mAh的镍-氢电池为例，设平均充电电流为2C至3C时，温度上升梯度为约3℃/分。但是，在该工序中，可利用将温度的上升梯度设为1℃/分至5℃/分的平均充电电流，来进行充电。而且，也能够将二次电池2的平均充电电流设为1.5C至10C。在该工序中，导通串联开关31，并将并联开关32保持在截止状态，或者使串联开关31和并联开关32的导通截止的占空比变大，使平均充电电流设定在前述范围内。当电池温度变成预定上升温度而接近保持设定温度时，例如在将保持设定温度设定为57至60℃时，若接近上升预定温度(例如约55℃)，则检测出预定上升温度(例如约55℃)，并减小平均充电电流，使二次电池2的温度上升梯度变小。
图5中，当电池温度变成预定上升温度约55℃时，检测出该温度，并减小平均充电电流，以减缓温度上升梯度，并接近保持设定温度(图5所示的温度上升充电工序)。通过减小对串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比，来控制平均充电电流。如此，当二次电池2的温度接近保持设定温度且达到上升预定温度时，减小平均充电电流的控制方法，能够防止电池温度超越保持设定温度而超过(over-shoot)的情况，并且可有效地阻止二次电池2因高温障碍而劣化。但是，亦能藉由二次电池2的温度，也能够通过以预定的温度梯度上升的平均充电电流进行充电，直到二次电池2的温度成为保持设定温度为止。
(3)、温度上升充电工序结束时，当电池温度上升到保持设定温度时，控制平均充电电流而在温度保持充电工序中，对二次电池2进行充电，使得电池温度保持在保持设定温度。在该温度保持充电工序中，充电控制部35控制对串联开关31与并联开关32进行导通截止的切换的占空比，来调整脉冲充电的平均充电电流，以使电池温度保持在保持设定温度。在该工序中，电池温度检测部36用温度传感器4检测出电池温度，并将温度信号输入到充电控制部35。充电控制部35，根据所检测的电池温度，控制对串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比。当电池温度变高时，使占空比变小而使平均充电电流减少，以使电池温度降低；当电池温度降低时，增大占空比而使平均充电电流增加，以使电池温度上升，使电池温度保持在保持设定温度的同时进行充电。而且，在温度保持充电工序中，电池温度最好保持在一定温度(例如58℃)。
在此，保持设定温度被设定为在产生电池不良影响、性能下降的温度以下范围内的接近于最大的温度。而且，即使使用者碰触二次电池2也无问题，而将热的二次电池设定在不会感到异常的程度。这样的保持设定温度的上限被设定为最大约70℃，较佳为65℃或65℃以下，更佳为65℃或63℃以下。保持设定温度的范围被设定为较佳为50至65℃，更佳为53至63℃，进一步更佳为56至61℃以及57至60℃。
而且，为了使电池温度保持于保持设定温度，在本实施例中控制如下。首先，在保持设定温度中，将控制规定温度设定为预定温度(例如58℃)。然后，当所检测的电池温度比该控制规定温度例如每上升1℃时，使平均充电电流阶段性地降低，而且，当所检测的电池温度比该控制规定温度每降低1℃时，使平均充电电流阶段性地上升。通过这样的控制，使电池温度保持在保持设定温度来进行充电。
也可以将控制规定温度设定为预定的温度范围(例如57至59℃)，来取代上述控制规定温度。再者，当所检测的电池温度比该控制规定温度例如每上升1℃时，使平均充电电流阶段性降低，而且，当所检测的电池温度比该控制规定温度每降低1℃时，使平均充电电流阶段性地上升。通过这样的控制，使电池温度保持在保持设定温度的情况下进行充电。
在该温度保持充电工序中，当二次电池2接近满充电时，即使减少平均充电电流，电池温度上升的倾向也变强。因此，二次电池2接近满充电时，电池温度上升或将要上升，但此时平均充电电流被降低，以使电池温度保持在保持设定温度。亦即，充电控制部35将对串联开关31和并联开关32进行导通截止切换的占空比控制成极小。因此，当二次电池2接近满充电时，充电控制部35急剧减少平均充电电流。因此，在温度保持充电工序中，即使检测出二次电池2的满充电并停止充电，平均充电电流也会急剧减少而防止过充电。关于温度保持充电工序中的充电结束，也可以用定时器结束充电。定时器中，可设定使二次电池2充分充电的时间(例如约30分左右)，以使二次电池成为大致满充电状态。而且，在接近满充电时电池温度上升，且平均充电电流降低，因此可检测出该降低的电流并结束充电。
再者，在温度保持充电工序中，当对二次电池2充电时，检测出二次电池2的内部电阻，当内部电阻比预定的电阻高时，进行通常的充电，以减少二次电池2的充电电流。即使在通常充电中，也使二次电池2的温度不会高于保持设定温度。
(4)、在以上的温度上升充电工序和温度保持充电工序中，二次电池2大致被满充电，但未完全满充电。在温度保持充电工序之后，进行通常充电能够使二次电池2完全满充电。
再者，本发明的充电装置对要充电的各二次电池2，一面检测电池温度一面控制平均充电电流，并切换对二次电池2进行充电的占空比，或者可对各二次电池2分别设定停止充电的设定温度。此时，切换各二次电池2的占空比时等的设定温度，可通过所安装的电池的配置，来设定最佳温度。例如，安装在易于接触外部空气、易于冷却的位置的二次电池，具有用温度检测器检测的温度较电池内部温度低的倾向。因此，对于在易于冷却的状态下装设的电池，将设定温度设成较低。相对于此，不易接触外部空气、不易冷却的电池，用温度传感器检测的温度与内部温度大致相等。因此，对于在不易冷却的状态下装设的电池，将设定温度设成较高。例如，图6所示，在充电器的电池套3中平行排列4个二次电池2来进行充电时，将位于两端的二次电池2的设定温度，设定成低于中央位置的二次电池2的设定温度。在此，以设定温度而言，可利用上述的保持设定温度。以图6的配置进行充电的电池，例如，可将位于两端的电池A和电池D的设定温度设为56℃，将位于中央的电池B和电池C的设定温度设为58℃。再者，以图7所示配置在电池套3中对3个电池进行充电时，将最易冷却的左端电池A的设定温度设为56℃，且将相反侧的右端电池D的设定温度设为57℃，再者，将与电池D相邻的电池C的设定温度设为58℃。如此，通过所安装的电池的配置来改变设定温度，即可更为理想地控制电池温度与充电状态。另外，图6所示的充电器的概略剖视图，相当于例如后述的充电器中相对于圆筒型电池的延伸方向的垂直方向的剖视图，而此充电器由下外壳1B与上外壳1A所组成的外壳1构成。
再者，本发明的充电装置通过检测要充电的各二次电池2的电池电压，来检测出剩余容量，并在剩余容量较多的二次电池与剩余容量较少的二次电池混合存在时，亦可先对剩余容量较少的二次电池进行大电流充电，当该二次电池的温度上升到保持设定温度时，转移至保持充电工序，之后，再开始对剩余容量较多的二次电池进行充电。由此，即可对剩余容量不同的二次电池几乎同时满充电。换言之，对于剩余容量不同的二次电池，可先对剩余容量较少的二次电池进行充电，并在此之后，再开始对剩余容量较多的二次电池进行充电。
图8至图15示出具备以上构造的充电装置的充电器的一例。这些图所示的充电器，将外型为大致长方体的箱型、可装卸地安装要充电的二次电池2的电池套3，设置在外壳1的上面，即图11的俯视图中的下段。在电池套3上，配设有被装设在此处的二次电池2表面按压的热传导体30。热传导体30具备设置有温度传感器4的热传导板13，所述温度传感器4分别对应于所安装的四个二次电池2，来检测出温度。再者，充电器利用温度传感器4检测出电池温度，将控制二次电池2的平均充电电流的充电电路(未图标)安装到外壳1的电路基板5上。
外壳1由下外壳1B与上外壳1A构成，在下外壳1B上连结外壳1A，在内部内置电路基板5。电路基板5固定于下外壳1B上。在电路基板5上固定有输出端子6、7，该输出端子6、7与安装在电池套3上的二次电池2的电极连接。输出端子6、7为弹性变形的金属板。图中的充电器中，在电池套3中安装4个二次电池2来进行充电，因此设有4组输出端子6、7。
再者，图中的充电器可对单三型和单四型两种二次电池2进行充电。这种单电池-充电式的单三型、单四型电池具有细长延伸的大致圆柱状的形状，详细而言，在金属罐的表面，位于延伸方向两端的正负极以外由树脂管所覆盖。
首先，对单三型的二次电池2充电时，如图8与图9的状态，在扳倒旋转输出端子8的状态下，使二次电池2的一端的正极侧接触输出端子6，使另一端的负极侧接触输出端子7来进行充电。而且，对单四型的二次电池2充电时，如图10至图13所示，在垂直立起旋转输出端子8的状态下，安装二次电池2来进行充电。此时，如图13的状态，旋转输出端子8中的金属制的4个辅助端子10夹置于单三型的电池的输出端子6的前部，因此可利用输出端子6、7对比单三型电池短的单四型电池进行充电。
旋转输出端子8在装设于塑料制的支持构件9的4个单四型的各电池中，夹置于单四型二次电池2的凸部电极2A的正极和输出端子6之间，并且，固定与两者接触的金属制4个辅助端子10。支持构件9具备：保持各辅助端子10的4个大致板状绝缘底座部9A，以及连结这些绝缘底座部9A的连结部9B。辅助端子10分别将其外周保持固定于塑料制的绝缘底座部9A上。图中的旋转输出端子8在绝缘底座部9A上设置可插入单四型二次电池2的凸部电极2A的正极的4个凹部9a，并贯通该凹部9a的底部而配置辅助端子10，使辅助端子10可接触单四型二次电池2的凸部电极2A的正极。支持构件9的设于两端的轴部9C连结于外壳1或电路基板5，使绝缘底座部9A的板状的面可由水平的姿势旋转到垂直姿势。而且，支持构件9在其板状的面被立起成垂直姿势的状态下，如图10与图14所示，具有倒八字形的保持部9D，用以保持单四型二次电池2的下部。
图11至图14示出对单四型的二次电池2进行充电的状态。在该状态下，旋转输出端子8的绝缘底座部9A立起成垂直姿势，配设在单三型电池的输出端子6的前方。当绝缘底座部9A被垂直立起时，辅助端子10连接于单四型电池的充电电路(未图标)。再者，对单四型电池进行充电时，一体形成于旋转输出端子8的连结部9B上的开关按压部9E，通过按压设置于电路基板5上的电气开关26，而连接于单四型的充电电路。而且，绝缘底座部9A被水平扳倒，并对单三型电池进行充电时，通过旋转开关按压部9E来解除电气开关26的按压，而与单三型充电电路连接。这样的充电电路如后述，控制平均充电电流以使电池温度成为保持设定温度，并在短时间内进行充电。
对单三型电池进行充电时，如图8所示，旋转输出端子8的绝缘底座部9A被水平扳倒，从单三型电池的输出端子6的前方移动到下方。移动到该位置的绝缘底座部9A，不妨碍将单三型电池安装到电池套3上。换言之，绝缘底座部9A被移动到不会妨碍安装单三型的电池于电池套3的位置。在此状态下，当在电池套3中安装单三型电池时，单三型电池与固定于电路基板5上的输出端子6相连接。输出端子6连接于充电电路(未图标)，对单三型电池进行充电。
如图所示的外壳1，在电池套3中配设有由第1保持部11A和第2保持部11B构成的一对保持部11，用于对细长延伸的圆筒状二次电池2的两端部分不会使其位置偏移地进行保持。第1保持部11A具有可插入保持作为二次电池2的负极的端部的、贯通外壳1表面的圆形开口的孔形状。图中的充电器插入作为圆筒型电池的单三型电池的端部，因此孔形状的第1保持部11A作成圆形。该保持部11作成使其内部形状比二次电池2端部的外形稍大。保持部11的内部形状作成比二次电池2的外形稍大，这种形状意味着：可将二次电池2顺利插入保持部11，但在插入的状态下可被保持成不致产生位置偏移。第2保持部11B的形状为沟槽形，其中与所装设的二次电池2的延伸方向垂直的剖面具有倒八字形倾斜部11Ba、11Ba，该第2保持部11B保持二次电池2的正极侧底部，并将嵌入沟槽的单三型电池保持成不会横向偏移。图中的电池套3的形状是可将一方的保持部11插入二次电池2的端部，但其形状也可以是可将两方保持部插入电池的端部并予以保持的孔形状。而且，其形状也可以是使两方保持部不会横向偏移。
在安装单四型电池时，在图13所示的状态下保持二次电池2。具体而言，负极的输出端子7由三个金属制接触片7A、7B、7C构成。在装设单三型的电池时，输出端子7的所有接触片7A、7B、7C接触电池的圆形负极。而且，在装设单四型电池时，输出端子7的接触片7B、7C接触电池的圆形负极，但上侧的接触片7A在其剖面“ㄑ”字形的下侧，将电池的圆形负极上端按压保持于下方。单四型电池的正极侧，在旋转输出端子8的绝缘底座部9A被立起成垂直姿势的状态下，利用保持部9D保持单四型二次电池2的下部。
图中的电池套3，在第1保持部11A和第2保持部11B之间设有冷却用空隙12。冷却用空隙12，在电池套3的底面3A和二次电池2之间形成冷却用空气的冷却管(duct)。通过该冷却管的空气对充电中的二次电池2进行冷却。因此，如图所示，设有冷却用空隙12的充电器，具有一边降低电池温度一边在短时间内可满充电的优点。而且，为了充分冷却二次电池2，在电池套3的底面3A设有贯通充电器的顶视为大致长方形的贯通孔12B。
再者，图中的充电器的电池套3中，配设有第1保持部11A和第2保持部11B，以便在相邻的二次电池2之间可形成间隙12A(参照图11)。安装在该电池套3上的二次电池2上，设置有通过冷却用空隙12可向与外壳1之间流通空气的冷却管，还设有可向与相邻的二次电池2之间流通冷却空气的间隙12A。因此，该结构电池套3的充电器，具有可有效冷却所装设的二次电池2、并在使电池温度上升较少地进行充电的优点。此外，在图11中，位于右端的二次电池2为单四型，用虚线示出比该单四型电池粗的单三型电池的外形。
其次，对热传导体30进行详细说明。在电池套3上配设有4个热传导体30，该4个热传导体30按压在安装于此处的各二次电池2的圆柱形状表面。按压于热传导体30的二次电池2上的部分为沿着二次电池2的圆柱形状而形成的形状，从热传导方面考虑，虽以接触电池表面较为理想，但稍微留有间隙也可以。在图中的充电器中，各热传导体30具有热传导板13、温度传感器4，并且，具备与热传导板13一体形成的弹性体16，使热传导体30弹性地按压于电池表面。
图中的充电器中，热传导板13靠近第1保持部11A而配设。图中的充电器中，将热传导板13靠近于插入二次电池2的端部的孔形状保持部11而配置，因此，即使热传导板13推压二次电池2，也能有效阻止向二次电池2的上方的位置偏移。这是因为孔形状保持部11可阻止二次电池2向上下左右的偏移。因此，该构造的充电器中，将热传导板13牢牢地按压在二次电池2的表面，可更正确地检测出电池温度。
4个热传导板13作成大致同一形状。热传导板13为金属板，如图16的剖视图所示，具有弯曲成沿着二次电池2的圆柱状表面的下部的一部分形成的形状的按压部15。热传导板13相对于二次电池2的延伸方向，具有在横向上大致左右对称的结构。热传导板13是冲切、弯曲细长地延伸的一片金属板而形成的，具备：在金属板的延伸方向的中央被向电池方向按压的按压部15；从按压部15的两侧垂下的两脚部13C；以及弹性体16，该弹性体16邻接于各脚部13C的下侧，位于二次电池2的延伸方向两端，通过将剖面形成为U字形而具有弹性力。此外，在单侧的脚部13C，冲切部13D位于弹性体16、16之间。再者，下端部13E位于弹性体16、16的下侧，并在下端部13E的下方延伸有宽度比下端部13E窄的保持部13F。再者，两保持部13F通过底座板17的切口(slit)17A而弯曲，并使前端抵接到底座板17的底面，由此，将热传导板13保持在底座板17上。
热传导板13的表面上固定有保护薄片14。保护薄片14是具有可挠性的绝缘薄片，例如为塑料薄片。保护薄片14在温度传感器4和二次电池2之间进行绝缘，以防止温度传感器4直接接触电池表面。即，保护温度传感器4。图示的热传导板13中，相对于电池的延伸方向，在除横方向的两侧部分之外的中央部分，固定保护薄片14。保护薄片14，在电池延伸方向上的两端之间的幅度较宽，两端之间的宽度较窄，隔着黏着层可简单地粘接并固定。但是，保护薄片14也可以用粘接材料进行粘接和固定。
图中的充电器中，为了使热传导板13的金属板和保护薄片14的两方接触到电池表面，使固定保护薄片14的部分降低相当于保护薄片14的厚度的高度，形成阶差部13B。当在阶差部13B上固定保护薄片14时，保护薄片14的表面、和在保护薄片14的外侧相对于电池延伸方向的横向(以下将此方向设定为横方向)两侧的金属板表面，接触到二次电池2的表面。
再者，热传导板13中，在上部按压部15设有安装凹部13A，用于配设温度传感器4。温度传感器4配设在安装凹部13A，用保护薄片14覆盖其表面。因此，安装凹部13A配设在阶差部13B上。在安装凹部13A的顶面固定有薄膜型温度传感器4。温度传感器4虽然使用热敏电阻(thermistor)，但也能使用热敏电阻以外的温度传感器。薄膜型温度传感器4采用一般市售品，如图17的剖视图所示，使呈大致长方形且具有厚度的板状温度检测部4A从薄膜突出到顶面。安装凹部13A作成将薄膜型的温度传感器4导引到此处并可固定的宽度，即作成比温度传感器4的宽度略宽的沟槽形。温度传感器4如图15所示，置入安装凹部13A中，且固定到热传导板13上。在图中的热传导板13的按压部15中，不使安装凹部13A延长到按压部15的横向两端。安装凹部13A在图15中向左下缘延长，而不向右上缘延长。温度传感器4固定在延长到一侧的安装凹部13A中，并拉出到热传导板13的外部。
在热传导板13的上段配设有按压到电池表面的按压部15。按压部15包括：直接将热传导板13的金属板按压于电池表面的直接按压部15A；以及间接按压部15B，该间接按压部15B借助保护薄片14与温度检测部4A，将热传导板13按压于电池表面。图中的热传导板13，在间接按压部15B的横向两外侧设有直接按压部15A。该热传导板13如图17的箭头所示，主要以如下的路径传导二次电池2的热，并主要通过以下的(4)、(5)将二次电池2的热传导到温度传感器4。
(1)、电池本身的热传导；
(2)、二次电池2→向直接按压部15A的热传导；
(3)、热传导板13(直接按压部15A→间接按压部15B)的热传导；
(4)、热传导板13(间接按压部15B)→向温度传感器4的热传导；
(5)、二次电池2→向保护薄片14→向温度传感器4的热传导。
从单三型的二次电池2以上述路径热传导到温度传感器4的充电器中，从二次电池2到温度传感器4的路径较少。而且，温度传感器4不会接触空气而被冷却。再有，空气不会流入热传导板13和二次电池2之间，热传导板13不会在空气中被冷却，二次电池2的热有效传导到热传导板13。因此，从二次电池2到温度传感器4的路径较少，而且被传导的热或温度传感器4不会在空气中被冷却，由温度传感器4以高精度且较少的时间延迟，正确地检测出单三型的电池温度。
此外，装设单四型的二次电池2时，在图16中，以用链线显示的位置关系，成为与热传导体30接触。在单三型的电池中，热传导体30接触到二次电池2的表面，但在圆柱半径较小的单四型中，二次电池2的下部与热传导体30接触。
以上的热传导板13，虽然在间接按压部15B的横向两侧配设有直接按压部15A，但也可在间接按压部的三方配设直接按压部，或在间接按压部的全周配设直接按压部。图中的热传导板13将间接按压部15B配设在比直接按压部15A更靠内侧处，但该构造中，可将传导到直接按压部15A的二次电池2的热，从两侧有效地传导到间接按压部15B。
热传导板13利用弹性体16倍弹性地按压于电池表面，且与电池表面无间隙地接触。图中的热传导板13为可弹性变形的金属板。弹性金属板的热传导板13中，由一片金属板构成弹性体16。图中的热传导板13在两侧连结弹性体16。弹性体16作成U形状地弯曲金属板，并容易弹性变形。再有，弹性体16如图15所示，作成宽度比热传导板13窄，且容易弹性变形。图中的热传导板13，在其两侧连结有弹性体16。在两侧连结弹性体16的热传导板13，可使整体均匀地弹性按压到二次电池2的表面。图中的热传导板13，虽然在其两侧分别连结两列弹性体16，但在两侧也可分别连结一列弹性体。而且，热传导板也能在单侧连结弹性体。
图中的充电器在电路基板5的表面固定底座板17，在该底座板17上用弹性体16连结了热传导板13。底座板17为塑料等的绝缘材。底座板17在横向上具有左右对称的构造，如图15、图16所示，在横向的两侧(在图15和图16中仅显示右端部)一体成形地设置连结钩18，并将该连结钩18前端的钩部扣合连结于电路基板5的背面。电路基板5上设有收容连结钩18的连结凹部19。在该连结凹部19置入连结钩18，底座板17连结到电路基板5上。置入于连结凹部19中的连结钩18从由左右两侧弹性地夹持电路基板5，将前端的钩部扣合于电路基板5的背面，使底座板17连结于电路基板5。再者，底座板17上向电路基板侧突出地一体成形有多个挡块(stopper)凸部20。挡块凸部20将前端抵接于电路基板5，与电路基板5保持一定距离。该构造的底座板17可连结于电路基板5，并简单地形成一定间隔。再有，底座板17通过固定于热传导板13上的温度传感器4的引线21，连结在电路基板5上。
将弹性体16不直接连结到电路基板5，而隔着底座板17连结到电路基板5的构造，具有能够利用温度传感器4更正确地检测出电池温度的效果。这是因为热传导板13的热不会直接传导到电路基板5的缘故。该结构中，底座板17遮断热传导板13的热直接传导到电路基板5。为了使温度传感器4正确检测出电池温度，最好减少热传导板13的散热。当从热传导板13大量散热时，二次电池2的热会从热传导板13散出，使热传导板13的温度会降低，固定在热传导板13上的温度传感器4的检测温度降低。底座板17与电路基板5相比，可减少热传导板13的散热。这是由于底座板17比电路基板5小，因而热传导率差的缘故。底座板17因无须如电路基板5那样安装各种部件而可作成较小。此外，还因为无需如电路基板5那样叠层热传导性佳的金属层。再者，底座板17借助挡块凸部20和连结钩18，局部接触电路基板5，因此可减少从底座板17向电路基板5的热传导。当热从热传导板13传导到底座板17，再从底座板17高效地热传导到电路基板5时，底座板17间接地冷却热传导板13。但是，当底座板17的热无法有效地传导到电路基板5时，底座板17不会冷却热传导板13。不被底座板17冷却的热传导板13，阻止来自底座板17的无用的散热，可利用安装在其上的温度传感器4正确检测出电池温度。
再者，将热传导板13连结于底座板17的构造，可有效地防止电路基板5因电池温度而被直接加热。电路基板5上安装有用于控制二次电池2的充电电流的功率晶体管(power transistor)或功率FET等半导体开关元件。半导体开关元件因被二次电池2的充电电流加热，故如何能有效地冷却极为重要。这是因为随着温度变高，容许电流变小。热传导板13不直接加热电路基板5的构造，可降低电路基板5的温度，使功率FET等的半导体开关元件的温度降低，增大容许电流。而且，可减少半导体开关元件的热失控或故障。
此外，图中所示的充电器具有：连结外部电源线的插座27(参照图9以及图14)；在充电时发光的LED器件28(参照图14)；以及对设定充电时间的定时器(timer)的时间进行切换的开关29。

Claims (7)

1.一种多电池充电装置，其特征在于，
具备：多组充电单元(33)，将二次电池(2)和串联开关(31)串联连接，并在二次电池(2)和串联开关(31)的串联电路上并联连接并联开关(32)；充电电源部(34)，将多组充电单元(33)串联连接，并向串联连接的充电单元(33)流通充电电流；充电控制部(35)，对充电单元(33)的串联开关(31)和并联开关(32)进行导通截止切换，并对充电单元(33)的二次电池(2)的充电状态进行控制，
充电控制部(35)，在使充电单元(33)的串联开关(31)导通、且使并联开关(32)截止的充电状态下，对二次电池2进行充电；并在使充电单元(33)的串联开关(31)截止、且使并联开关(32)导通的充电中断状态下，将流通于充电单元(33)中的电流旁路至并联开关(32)，而使充电电流不流通至二次电池(2)，
充电控制部(35)变更对充电单元(33)的串联开关(31)和并联开关(32)进行导通截止切换的占空比，并以预定的占空比将充电单元(33)切换到充电状态和充电中断状态，由此控制二次电池(2)的充电电流来进行充电。
2.如权利要求1所述的多电池充电装置，其特征在于，充电控制部(35)具备检测电池温度的温度传感器(4)，并检测预定的电池温度，来对串联开关(31)和并联开关(32)的导通截止进行控制。
3.如权利要求2所述的多电池充电装置，其特征在于，充电控制部(35)用温度传感器(4)检测二次电池(2)的温度，并在预定的电池温度下，变更对串联开关(31)和并联开关(32)进行导通截止切换的占空比，来控制充电电流。
4.如权利要求2或3所述的多电池充电装置，其特征在于，对充电单元(33)的每一个二次电池(2)设定了前述预定的电池温度。
5.如权利要求1所述的多电池充电装置，其特征在于，充电电源部(34)为恒流特性的电源。
6.如权利要求1所述的多电池充电装置，其特征在于，充电控制部(35)检测电池温度和电池电压的任一方或两方，以检测二次电池(2)的满充电。
7.如权利要求1所述的多电池充电装置，其特征在于，检测前述二次电池(2)的剩余容量之后，首先开始对剩余容量较少的二次电池进行充电，并在此之后，再开始对剩余容量较多的二次电池进行充电。
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