JP2002374635A

JP2002374635A - 充電装置

Info

Publication number: JP2002374635A
Application number: JP2001178199A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Sakakibara; 和征榊原
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP3842075B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表
示できる充電装置を提供する。【解決手段】電池温度と到達目標温度値との差に基づ
き、充電時間を求める（Ｓ１１４）。充電時間から温度
上昇パターンを検索する（Ｓ１１６）。そして、温度上
昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しな
がら電池を充電する（Ｓ１１８，Ｓ１３０）。充電時間
から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了
までの時間を算出し（Ｓ１２２）、表示装置１１８にて
表示する（Ｓ１２４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電池を充電する
充電装置に関し、特に、充電完了までの時間を表示でき
る充電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】充電完了までの時間を表示する充電装置
が種々提案されている。例えば、特開平１０−１７８７
４７号、特許２８３６６７７号、特開平１０−１７２６
１６号、特開平１１−８９１０５号、特開平１１−２０
６０２４号、特開２００１−１６７９４号等がある。特
開平１０−１７８７４７号では、前回の充電時間を記憶
しておき、新たに充電する際に前回の充電時間に基づき
充電を算出して表示する技術が開示されている。特許２
８３６６７７号では、充電電圧特性曲線及び充電電流特
性曲線から充電完了までの時間を求めて表示する技術が
開示されている。特開平１０−１７２６１６号では、温
度、充電電流により充電残時間を補正して表示する技術
が開示されている。特開平１１−８９１０５号では、複
数の電池セルのいずれかが所定電圧以上になる度に、補
正を行うことで正確な充電残時間を求める技術が開示さ
れている。特開平１１−２０６０２４号では、電流によ
って一義的に定まる補正時間を加算して充電完了時間を
求める技術が開示されている。特開２００１−１６７９
４号では、充電曲線のパラメータを充電曲線のパラメー
タ値に応じて充電毎に補正し、充電所用時間を求める技
術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、正確に充電時間を求めることができな
いか、又は、正確に充電時間を求めるために、ハードウ
エア上又はソフトウエア上の複雑な構成が必要となっ
た。即ち、充電開始時の残容量を検出するためのハード
ウエア、又は、複雑な補正演算を行うためのソフトウエ
アを必要とした。

【０００４】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、簡易な
構成で正確に充電完了までの時間を表示できる充電装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の充電装置は、
上記目的を達成するため、現在の電池の温度を検出する
温度検出部（２８）と、前記温度検出部で検出された温
度から充電時間を決定する充電時間決定部（Ｓ１４）
と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充
電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求
める充電完了時間算出部（Ｓ２２）と、前記充電完了時
間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する
表示装置（１８、Ｓ２４）とを備えることを技術的特徴
とする。

【０００６】請求項１では、電池の温度を検出し、電池
温度から充電時間を決定するため、種々の温度の電池を
適正に充電することができる。また、決定した充電時間
から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの
時間を求め表示する。このため、簡易な構成で正確に充
電完了までの時間を表示することが可能になる。

【０００７】請求項２では、電池の到達目標温度値を保
持する記憶部（２９）と、現在の電池の温度を検出する
温度検出部（２８）と、充電開始時の電池温度と、前記
記憶部に保持された前記到達目標温度値との差に基づ
き、充電時間を決定する充電時間決定部（Ｓ１４）と、
前記充電開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差
と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から温度
上昇勾配を算出する温度勾配算出部（Ｓ１６）と、前記
温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求め
る温度上昇値出力部（Ｓ１８）と、前記温度上昇値出力
部から出力された温度上昇値が前記温度上昇勾配になる
電流値を検索する電流値検索部（Ｓ２０）と、前記電流
値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充
電制御部（Ｓ３０）と、前記充電時間決定部で決定され
た充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電
完了までの時間を求める充電完了時間算出部（Ｓ２２）
と、前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了ま
での時間を表示する表示装置（１８、Ｓ２４）とを備え
ることを技術的特徴とする。

【０００８】請求項２では、充電開始時の電池温度と、
記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充
電時間を決定する。そして、該充電時間で充電が完了す
るように、電池温度の温度上昇勾配を求め、電池の温度
上昇値が温度上昇勾配になる電流値にて電池を充電す
る。このため、決定した充電時間で確実に充電を完了す
ることができ、従って、決定した充電時間から、充電開
始後の経過時間を減算することで、簡易な構成で正確に
充電完了までの時間を求めることが可能になる。また、
充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標
温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇勾配を算
出する。そして、温度上昇値が温度上昇勾配になるよう
に電流値を調整しながら電池を充電する。このため、充
電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電する
ことができるで、温度上昇の著しいニッケル水素電池等
を高温にならぬように短時間で充電することが可能にな
る。

【０００９】請求項３では、電池の到達目標温度値を保
持する記憶部（１３９）と、現在の電池の温度を検出す
る温度検出部（１３８）と、充電開始時の電池温度と前
記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差とに基
づき、充電時間を決定する充電時間決定部（Ｓ１１４）
と、前記開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差
と、前記充電時間決定部により決定された充電時間とに
基づき、前記到達目標温度値にて充電を完了するための
温度上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部
（Ｓ１１６）と、前記温度検出部により検出された温度
から温度上昇値を求める温度上昇値出力部（Ｓ１１８）
と、前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が
前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検
索部（Ｓ１２０）と、前記電流値検索部により検索され
た電流値にて電池を充電する充電制御部（Ｓ１３０）
と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充
電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求
める充電完了時間算出部（Ｓ１２２）と、前記充電完了
時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示す
る表示装置（１８、Ｓ１２４）とを備えることを技術的
特徴とする。

【００１０】請求項３の発明では、充電開始時の電池温
度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づ
き、充電時間を決定する。そして、該充電時間で充電が
完了するように、電池温度の温度上昇パターンを求め、
電池の温度上昇値が温度上昇パターンになる電流値にて
電池を充電する。このため、決定した充電時間で確実に
充電を完了することができ、従って、決定された充電時
間から、充電開始後の経過時間を減算することで、簡易
な構成で正確に充電完了までの時間を求めることが可能
になる。また、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持
された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温
度上昇パターンを検索する。そして、温度上昇値が温度
上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を
充電する。このため、温度上昇パターンを最適にするこ
とで、充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温
度）となるように充電することができる。

【００１１】請求項４では、電池温度と周囲の温度との
温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に
近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部
分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周
囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電
時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上
昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定してあ
る、即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇
パターンを設定してあるため、完了時の温度が最も低い
温度となるように充電することができる。

【００１２】請求項５では、温度上昇パターンは、折れ
線近似してあるため、演算等の処理が容易である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る充
電装置について図を参照して説明する。以下、本発明を
具体化した実施形態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ＥＥ
ＰＲＯＭ６１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１
０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５
４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１
０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５
５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１
０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の
上部には、充電中の電池パック５０の充電完了までの時
間を表示する液晶の表示装置１８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２
９、ファン２３、表示装置１８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及び設定された到達目標温度値
等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１
６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。更に、制御部２６は、充
電完了までの時間を算出して表示装置１８にて表示す
る。

【００２５】引き続き、第１実施形態の充電装置の作動
原理について説明する。電池は、充電電流を大きくすれ
ば、充電時間は短くなるが温度上昇は大きくなる。反対
に、充電電流を小さくすれば、充電時間が長くなるもの
の温度上昇は小さくなる。特に、ニッケル水素電池は、
充電電流や既に充電された容量により温度勾配（温度上
昇値）が大きく変化する特性を有する。このため、本実
施態様では、温度上昇を抑制するため電流値を変化させ
ながら充電を行う。即ち、従来技術に係る充電装置で
は、一定の電流値で充電を行っていたのに対して、本実
施態様の充電装置では、電池の状態を温度上昇値に基づ
き判別し、電池の温度上昇を一定にしつつ流し得る電
流、即ち、電池の温度上昇に応じて電流値を変えながら
充電を行う。

【００２６】ここでは、温度上昇が高いときには、相対
的に小さな充電電流を流し、反対に、温度上昇が低いと
きには、相対的に大きな充電電流を流す。

【００２７】この第１実施形態の充電装置の動作原理に
ついて図５を参照して更に詳細に説明する。図５は、縦
軸に電池温度上昇値を、横軸に充電時間を取ってあり、
図中の曲線Ｌは、温度上昇値が一定になるように充電し
た際の、充電時間に対応する充電完了時の温度上昇値を
示している。例えば、２０℃で開始した電池温度が５３
℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）に到達するように電流を制
御した際に、充電時間が２０分であり、電池温度が４３
℃（温度上昇値２３ｄｅｇ）に到達するように電流を制
御した際に、充電時間が３０分であり、電池温度が７８
℃（温度上昇値５８ｄｅｇ）に到達するように電流を制
御した際に、充電時間が１０分であることを示してい
る。

【００２８】即ち、曲線Ｌに基づき、充電完了時間と充
電完了時の電池温度上昇値とから、温度上昇値（勾配）
を求めることができる。例えば、３３ｄｅｇの温度上昇
で充電完了するためには、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の
３３ｄｅｇとを結ぶ直線ａに示す温度勾配（温度上昇
値）となるように充電すればよいことが分かる。この場
合には、正確に２０分で、温度５３℃（温度上昇値３３
ｄｅｇ）になった時点で充電が完了する。

【００２９】一方、外気温度及び電池温度１０℃の際に
３３ｄｅｇの温度上昇で充電完了する場合も同様に、図
中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ実線ａに
示す温度勾配（温度上昇値）となるように充電すればよ
い。この場合にも正確に２０分で、温度４３℃（温度上
昇値３３ｄｅｇ）にて充電が完了する。

【００３０】一方、外気温度及び電池温度３０℃の際に
３３ｄｅｇの温度上昇で充電完了する場合も同様に、図
中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ実線ａに
示す温度勾配（温度上昇値）となるように充電すればよ
い。この場合にも正確に２０分で、温度６３℃（温度上
昇値３３ｄｅｇ）にて充電が完了する。

【００３１】第１実施形態の充電装置は、充電開始時の
電池温度と、記憶部２９に保持された到達目標温度値と
の差に基づき、充電時間を決定する。例えば、到達目標
温度値が５３℃に設定されている場合、電池温度及び外
気温度が２０℃の場合には、温度上昇値が３３ｄｅｇに
なり、充電時間として２０分が決定される。また、電池
温度及び外気温度が１０℃の場合、到達目標温度値５３
℃までの差分が４３ｄｅｇとなり、充電時間として１３
分が決定される。

【００３２】ここで、電池温度及び外気温度が２０℃
で、充電時間として２０分が決定された場合には、上述
したように、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇと
を結ぶ直線ａに示す温度勾配（温度上昇値）が求められ
る。

【００３３】また、電池温度及び外気温度が１０℃で、
充電時間として１３分が決定された場合には、上述した
ように、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の４３ｄｅｇとを結
ぶ直線ｂに示す温度勾配（温度上昇値）が求められる。
この場合には、該温度勾配で充電することで、正確に１
３分で、温度５３℃（温度上昇値４３ｄｅｇ）になった
時点で充電が完了する。

【００３４】なお、ここで、電池温度と外気温度が異な
る場合には、外気温度により図５中の曲線Ｌがシフトす
る。即ち、電池温度が１５℃で、外気温度が１０℃の場
合には、曲線Ｌが５ｄｅｇ分下方へシフトする。反対
に、電池温度が１０℃で、外気温度が１５℃の場合に
は、曲線Ｌが５ｄｅｇ分上方へシフトする。本実施形態
では、電池温度と外気温度とが異なる場合には、差分だ
けシフトさせた曲線Ｌを用いて、上述したように充電時
間を求める。

【００３５】そして、本実施形態では、決定した充電時
間から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完
了までの時間を求め、表示装置１８にて表示する。即
ち、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められる
ため、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表示す
ることが可能になる。

【００３６】ここで、係る温度上昇値を一定にした際の
電流値の変化について図６及び図７を参照して説明す
る。図６は、温度２０℃のニッケル水素電池を電池温度
が５０℃になるように、２５分で充電した際のシュミレ
ーションした結果である。温度上昇値を一定にするため
には、充電電流の値を頻繁に調整する必要があるが、充
電の前半に電流値が相対的に大きく、また、充電の後半
に徐々に小さくなっていくことが分かる。ここで、約５
０℃において、充電電流が急激に減少しているのは、ニ
ッケル水素電池の充電が完了したことを示しており、本
実施形態では、この現象を検出した際に、充電を完了す
る。

【００３７】図７は、別のニッケル水素電池について、
シュミレーションした結果である。ニッケル水素電池に
おいては、充電満了時、現在の充電電流ではなく、過去
の充電経歴により温度が急激に上昇するいわゆる“オー
バーシュート”と言われる現象が生じることがある。係
る、オーバーシュートにおいては、電流値を下げても、
温度上昇値を一定以下にすることができなくなる。本実
施形態では、この現象を検出した際にも、充電を完了す
る。

【００３８】引き続き、第１実施形態の充電装置による
充電について、当該処理を示す図８のフローチャートを
参照して説明する。まず、制御部３６は、温度検出部３
８を介して電池パック５０の温度を検出する（Ｓ１
２）。ここでは、外気温度及び電池温度が２０℃であっ
たものとする。次に、充電完了時の電池温度を確認し、
充電時間を求める（Ｓ１４）。例えば、図５を参照して
上述したように、到達目標温度値が５３℃に設定されて
いる場合、電池温度との差分、即ち、温度上昇値が３３
ｄｅｇになり、充電時間として２０分が決定される。本
実施形態の充電装置は、急速充電（常温中での２０分充
電を目標とする温度上昇値３３ｄｅｇ）と通常充電（常
温中での３０分充電を目標とする温度上昇値２３ｄｅ
ｇ）とが切り替えれるように構成されており、急速充電
が設定されている際には、図５を参照して上述した曲線
Ｌの値を保持している記憶部３９を検索することで充電
完了温度として５３℃を得る。その後、温度勾配を算出
する（Ｓ１６）。ここでは、図５中に示す温度０ｄｅｇ
と曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ直線ａの勾配を求め
る。

【００３９】制御部３６は、温度検出部から入力した前
回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して温
度上昇値を求め（Ｓ１８）、この検出した温度上昇値
を、上記Ｓ１６にて算出した勾配と比較することで電流
値を確定する（Ｓ２０）。ここで、温度上昇値が勾配よ
りも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反
対に低い時には、電流値を減少させる。

【００４０】そして、上記Ｓ１４にて決定した充電時間
（２０分）から充電開始後の経過時間を減算すること
で、充電完了までの時間を算出する（Ｓ２２）。そし
て、求めた残り充電時間を表示装置１８にて表示する
（Ｓ２４）。本実施形態では、減算のみで充電完了まで
の時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に充
電完了までの時間を表示することが可能になる。

【００４１】次に、電流値が所定値以下かを判断する
（Ｓ２６）。図６を参照して上述したように、充電が完
了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２６：Ｙｅ
ｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の
際には（Ｓ２６：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の
温度勾配が維持できるか、即ち、図７を参照して上述し
たオーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ
２８）。ここで、オーバーシュートが発生している際に
は（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、処置を完了する。一方、オーバ
ーシュートが発生していない場合には（Ｓ２８：Ｎ
ｏ）、Ｓ３０へ進み、上記Ｓ２０で確定した電流値にて
電池を充電し、更に、充電処理を続ける。

【００４２】本発明の第１実施形態の充電装置では、温
度上昇値を一定とするため処理が容易である利点があ
る。更に、温度上昇値が算出した温度上昇勾配になるよ
うに電流値を調整しながら電池を充電する。このため、
充電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電す
ることができ、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を
高温にならぬように短時間で充電することが可能にな
る。

【００４３】なお、本実施形態では、充電装置側に図５
中に示す曲線Ｌを保持させたが、例えば、ニッケル水素
電池の寿命を縮めない範囲での充電最高温度（例えば、
３０ｄｅｇ）及び該３０ｄｅｇに至る充電時間（例え
ば、２５分）のみを保持しておき、この３０ｄｅｇで充
電が完了するように、充電を制御することも可能であ
る。

【００４４】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、図９〜図１２を参照して説明する。上
述した第１実施形態の充電装置では、温度上昇値が一定
になるように、電流値を調整した。これに対して、第２
実施形態の充電装置では、所定のパターンに沿って温度
が上昇するように電流値を調整する。

【００４５】この充電原理について、図９を参照して説
明する。図９では、縦軸に電池温度上昇値を、横軸に充
電時間を取ってあり、ハッチングで示すエリアＥは、完
了時の温度上昇値及び充電時間を示すものである。例え
ば、第１実施形態の充電装置で行ったように、２０分で
充電が完了するように図中ａで示す温度勾配を一定にし
た際には、充電完了時の温度が３３ｄｅｇになった。一
方、図中実線ｄで示すように温度上昇値が山なりのパタ
ーンに沿うように充電した際には、電池温度上昇値が３
０ｄｅｇで充電を完了することができた。また、２点鎖
線ｅで示すように温度上昇値が実線ｄよりも大きな山な
りのパターンに沿うように充電した際には、電池温度上
昇値が３２ｄｅｇで充電を完了することができた。反対
に、破線ｈで示すように、谷状パターンに沿って充電し
た際には、電池温度上昇値が３８ｄｅｇで充電を完了し
た。一方、１点鎖線ｇのように、温度上昇値を特定のパ
ターンに適合させないように充電した際には、電池温度
上昇値が４３ｄｅｇ近くまで上昇した。

【００４６】即ち、ハッチングで示すエリアＥは、種々
の条件で充電した際の、完了時の温度上昇値及び充電時
間を示すものであり、該エリアＥの境界線Ｂは、最も低
い温度で充電が完了した際の到達温度上昇値を示すこと
になる。一方、図９中の破線ａから、第１実施形態のよ
うに温度上昇値を一定にした際には、電池温度上昇値が
３３ｄｅｇであった。これに対して、実線ｄに示すやや
山なりの温度上昇パターンを取ることで、最も低い温度
上昇値（３０ｄｅｇ）で充電が完了できることが分か
る。温度上昇値を一定とするよりも、山なりにした方が
低温で充電を完了できる理由は、次のように考えられ
る。即ち、電池温度と周囲の温度との温度差が小さく電
池が冷却され難く、且つ、容量が空に近く充電時の温度
上昇は相対的に小さい、充電の前半部分の温度上昇値を
相対的に高く、反対に、電池温度と周囲の温度との温度
差が大きく電池が冷却され易く、充電時の温度上昇は相
対的に大きい、充電後半部分の温度上昇値を相対的に低
く、温度上昇パターンを設定する。、即ち、これらを相
乗的に最適化するように温度上昇パターンを設定するこ
とで、完了時の温度が最も低い温度となるように充電す
ることができる。本実施形態では、上記実験結果に基づ
き、最も低い温度で充電を完了できる温度上昇パターン
に基づき、電流値を調整して充電を行う。

【００４７】図１０は、境界線Ｂの電池温度による変化
を示している。ここで、境界線Ｂは、外気温度（２０
℃）と電池温度とが等しい場合を示し、境界線Ｂ’は、
外気温度（１５℃）よりも電池温度（２０℃）が高い場
合を示している。ここで、境界線Ｂ’は、境界線Ｂより
も５℃分下方へシフトしている。

【００４８】図１１は、第２実施形態の充電装置１１０
内の制御回路１３０の構成を示している。制御回路１３
０は、図４を参照して上述した第１実施形態の充電装置
と同様である。但し、第２実施形態の制御回路１３０の
記憶部１３９には、図９を参照して上述した温度上昇パ
ターンが保持されている。この温度上昇パターンは、５
ｄｅｇ上昇するまでの時間分で一種の折れ線近似して保
持してある。例えば、図９を参照して上述した実線ｄの
温度上昇パターンについては、５ｄｅｇに２分で到達
し、１０ｄｅｇに４分で、１５ｄｅｇに６分、２０ｄｅ
ｇに９分、２５ｄｅｇに１３分、３０ｄｅｇに２０分、
即ち、（２，４、６、９、１３，２０）と言うデータ形
式で保持することで、記憶部の容量の削減と、制御部１
３６での演算処理の容易化が計られている。そして、温
度制御の際には、図１０中に示すように５ｄｅｇ毎に直
線で近似した勾配に沿うように、充電電流が調整され
る。

【００４９】そして、該充電装置１１０では、例えば、
外気温度１５℃で２０℃の電池を充電する際には、図１
０を参照して上述したように、充電完了時の温度上昇値
を５ｄｅｇ分下げたパターンが算出され、係るパターン
に従い充電がなされる。反対に、例えば、外気温度２５
℃で２０℃の電池温度の時には、充電完了時の温度上昇
値を５ｄｅｇ分上げたパターンを算出する。

【００５０】第２実施形態の充電装置は、第１実施形態
と同様に充電開始時の電池温度と、記憶部１３９に保持
された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定
する。例えば、到達目標温度値が５０℃に設定されてい
る場合、電池温度及び外気温度が２０℃の場合には、温
度上昇値が３０ｄｅｇになり、図１０中に示すように境
界線Ｂと３０ｄｅｇとの交点から充電時間として２０分
が決定される。

【００５１】そして、第２実施形態では、第１実施形態
と同様に決定した充電時間から充電開始後の経過時間を
減算することで、充電完了までの時間を求め、表示装置
１８にて表示する。即ち、減算のみで充電完了までの時
間を正確に求められるため、簡易な構成で正確に充電完
了までの時間を表示することが可能になる。

【００５２】この第２実施形態の充電装置の具体的な充
電制御について、図１２を参照して説明する。まず、制
御部１３６は、温度検出部１３８から電池パック１５０
の温度を検出する（Ｓ１１２）。ここでは、外気温度及
び電池温度が共に２０℃であったものとする。次に、充
電完了時の電池温度を確認し、充電時間を求める（Ｓ１
１４）。例えば、図１０を参照して上述したように、到
達目標温度値が５０℃に設定されている場合、電池温度
との差分、即ち、温度上昇値が３０ｄｅｇになり、充電
時間として２０分が決定される。ここでは、外気温度と
電池温度とが等しい場合を例示したが、外気温度と電池
温度とが異なる場合、例えば、外気温度が２０℃で、電
池温度が２５℃の場合には、図１０中に示すように曲線
Ｂを５ｄｅｇ分下方へシフトさせた曲線Ｂ’を用いて、
到達目標温度値から充電時間を求める。その後、温度上
昇パターンを算出する（Ｓ１１６）。

【００５３】制御部１３６は、温度検出部から入力した
前回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して
温度上昇値を求め（Ｓ１１８）、この検出した温度上昇
値が、上記Ｓ１１６にて算出した温度上昇パターンと比
較することで電流値を確定する（Ｓ１２０）。ここで、
温度上昇値が勾配よりも低いときには、電流値を現在値
よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させ
る。

【００５４】そして、上記Ｓ１１４にて決定した充電時
間（２０分）から充電開始後の経過時間を減算すること
で、充電完了までの時間を算出する（Ｓ１２２）。そし
て、求めた残り充電時間を表示装置１１８にて表示する
（Ｓ１２４）。本実施形態では、減算のみで充電完了ま
での時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に
充電完了までの時間を表示することが可能になる。

【００５５】次に、電流値が所定値以下かを判断する
（Ｓ１２６）。第１実施形態と同様に充電が完了して電
流値が所定値以下になると（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、充電
処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ
１２６：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配
が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生してい
ないかを判断する（Ｓ１２８）。ここで、オーバーシュ
ートが発生している際には（Ｓ１２８：Ｙｅｓ）、処置
を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない
場合には（Ｓ１２８：Ｎｏ）、Ｓ１３０へ進み、上記Ｓ
１２０で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充
電処理を続ける。

【００５６】第２実施形態の充電装置では、温度上昇値
が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら
電池を充電する。このため、図９を参照して上述したよ
うに温度上昇パターンを最適にすることで、充電完了時
の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように
充電することができる。

【００５７】また、本実施形態の充電装置では、温度上
昇パターンを山なり、即ち、電池温度と周囲の温度との
温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に
近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部
分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周
囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電
時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上
昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定してあ
る。即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇
パターンを設定してあるため、完了時の温度が最も低い
温度となるように充電することができる。

【００５８】引き続き、本発明の第３に係る実施形態の
充電装置について図１３〜図１５を参照して説明する。
上述した第２実施形態では、充電装置側に図１０に示す
充電時間及び最終電池温度上昇値を保持させた。これに
対して、第３実施形態では、電池パック側に、図９を参
照して上述した、最も低い温度で充電が完了した際の到
達温度を示す境界線がそれぞれ保持されている。即ち、
充電完了時の到達温度は、電池パックの電圧（セル電池
の数）、電池の種類（ニッケル水素電池中にも特性が異
なるものがある）、電池パックの熱放射性等によつて大
きく異なってくる。このため、電池パック側にかかる境
界値（以下、温度到達目標値として参照）を保持させる
ことで、いかなる電池パックも最も効率的に充電し得る
ようにしている。

【００５９】第３実施形態の充電装置２１０及び電池パ
ック２５０Ａ、２５０Ｂの構成について図１３を参照し
て説明する。電池パック２５０Ａは、当該電池パックの
温度到達目標値（図１５のＢ１）の値を保持するＲＯＭ
２５８ａを備えている。一方、電池パック２５０Ｂは、
当該電池パックの温度到達目標値（図１５中のＢ２）の
値を保持するＲＯＭ２５８ｂを備えている。なお、この
温度到達目標値Ｂ１、Ｂ２は、Ｙ＝β／（Ｘ＋α）＋γ
式で表され、この係数α、β、γの値がＲＯＭ２５８
ａ、２５８ｂにそれぞれ書き込まれている。

【００６０】一方、充電装置２１０の制御回路２３０に
は、上述したＲＯＭ２５８ａ、２５８ｂの内容を読み出
すためのＲＯＭリーダ２３１が備えられている。また、
記憶部２３９には、温度上昇パターンを得るための方程
式が収容されている。他の構成については、図４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。

【００６１】この第３実施形態の充電方式の具体的な充
電制御について、図１４を参照して説明する。まず、充
電装置２１０の制御部２３６は、温度検出部２３８から
電池パック２５０Ａの温度を検出する（Ｓ２１２）。こ
こでは、温度が２０℃であったものとする。次に、電池
パック２５０ＡのＲＯＭ２５８ａから温度到達目標値Ｂ
１を求めるための係数α、β、γを読み出し、図１５中
に示す温度到達目標値Ｂ１の曲線を算出する（Ｓ２１
３）。引き続き、温度到達目標値Ｂ１の曲線と、電池温
度と、設定された到達目標温度とから充電時間を求める
（Ｓ２１４）。ここで、充電装置２１０は、急速充電と
通常充電とが切り替え得るようになっており、急速充電
は、電池温度上昇値として３０ｄｅｇまでを許容し、通
常充電は、２５ｄｅｇ以下で充電を完了するようにな
る。ここで、通常充電が選択されている場合には、上記
充電完了時の電池温度上昇値２５ｄｅｇから充電時間と
して２５分が求められ、他方、急速充電が設定されてい
る場合には、充電時間として２０分が求められることに
なる。その後、温度勾配パターンを算出する（Ｓ２１
６）。急速充電時の２０分充電が確認された場合には、
図１５中の０ｄｅｇと３０ｄｅｇとを結ぶ線分ｉから、
上記記憶部２３９中の方程式に基づき山なりの曲線（温
度上昇パターン）ｊが算出させる。なお、第３実施形態
では、方程式に基づき温度上昇パターンを算出したが、
この代わりに、複数のパターンを保持しておき、このパ
ターンとの相関を取ってパターンを求めるようにもでき
る。

【００６２】制御部２３６は、温度検出部から入力した
前回の温度値と今回入力した温度値との差分より温度上
昇値を求め（Ｓ２１８）、この検出した温度上昇値を、
上記Ｓ２１６にて算出した勾配と比較することで電流値
を確定する（Ｓ２２０）。ここで、温度上昇値が温度上
昇パターンよりも低いときには、電流値を現在値よりも
増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。

【００６３】そして、上記Ｓ２１４にて決定した充電時
間（２０分）から充電開始後の経過時間を減算すること
で、充電完了までの時間を算出する（Ｓ２２２）。そし
て、求めた残り充電時間を表示装置１１８にて表示する
（Ｓ２２４）。本実施形態では、減算のみで充電完了ま
での時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に
充電完了までの時間を表示することが可能になる。

【００６４】次に、電流値が所定値以下かを判断する
（Ｓ２２６）。第１実施形態と同様に充電が完了して電
流値が所定値以下になると（Ｓ２２６：Ｙｅｓ）、充電
処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ
２２６：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配
が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生してい
ないかを判断する（Ｓ２２８）。ここで、オーバーシュ
ートが発生している際には（Ｓ２２８：Ｙｅｓ）、処置
を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない
場合には（Ｓ２２８：Ｎｏ）、Ｓ２３０へ進み、上記Ｓ
２２０で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充
電処理を続ける。

【００６５】この第３実施形態の充電方式では、電池パ
ック２５０Ａ、２５０Ｂ側に到達目標温度値Ｂ１、Ｂ２
をそれぞれ保持させてあるので、上述したように電池パ
ック２５０Ａに対しては、２０分の最短の時間で、ま
た、温度到達目標値Ｂ２である電池パック２５０Ｂに対
しては、１７分の最短時間（図１５参照）で充電を完了
することができる。また、種々の充電装置において、た
とえば、２０分急速充電が可能な充電装置においても、
１時間充電が可能な充電装置においても、充電完了時の
温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充
電することができる。

【００６６】また、第３実施形態の充電方式では、電池
パック側に保持されたデータに基づき充電を行うため、
電池パックの使用の変更・新設計が容易であり、古い形
の充電装置に対しても、最新のデータに基づき最適な充
電制御を行わせることができる。

【００６７】なお、上述した実施形態では、電池温度と
到達目標温度から充電時間を決定した。この代わりに、
先に、充電時間を先に定め、充電時間から到達目標温度
を決定することもできる。この場合にも、充電時間から
経過時間を減算することで、充電残時間を求め、表示す
ることが好適である。

【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実施形態の充電装置の充電原理を示す説明
図である。

【図６】充電装置により制御される充電電流及び電池温
度の変化を示すグラフである。

【図７】充電装置により制御される充電電流及び電池温
度の変化を示すグラフである。

【図８】第１実施形態の充電装置の制御部による処理を
示すフローチャートである。

【図９】第２実施形態の充電装置の充電原理を示す説明
図である。

【図１０】第２実施形態の充電装置の制御原理を示す説
明図である。

【図１１】第２実施形態の充電装置の制御回路を示すブ
ロック図である。

【図１２】第２実施形態の充電装置の制御部による処理
を示すフローチャートである。

【図１３】第３実施形態の充電装置の制御回路を示すブ
ロック図である。

【図１４】第３実施形態の充電装置の制御部による処理
を示すフローチャートである。

【図１５】第３実施形態の充電方式の制御原理を示す説
明図である。

【符号の説明】

１０充電装置１８表示装置２２電源回路２６制御部２７電圧検出部２８温度検出部２９記憶部５０電池パック５８電池６１ＥＥＰＲＯＭ７０電池ドリル TM 温度センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 ＬＦターム(参考） 2G016 CA00 CB12 CB33 CC01 CC03 CC04 CC06 CC13 CC23 CC27 CC28 CD02 CD03 CE00 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 CB01 CB06 EA01 GC05 5H030 AA01 AS12 BB01 FF22 FF52 FF67

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現在の電池の温度を検出する温度検出部
と、前記温度検出部で検出された温度から充電時間を決定す
る充電時間決定部と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開
始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める
充電完了時間算出部と、前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの
時間を表示する表示装置とを備えることを特徴とする充
電装置。
【請求項２】電池の到達目標温度値を保持する記憶部
と、現在の電池の温度を検出する温度検出部と、充電開始時の電池温度と、前記記憶部に保持された前記
到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する充
電時間決定部と、前記充電開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差
と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から温度
上昇勾配を算出する温度勾配算出部と、前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を
求める温度上昇値出力部と、前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記
温度上昇勾配になる電流値を検索する電流値検索部と、前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充
電する充電制御部と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開
始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める
充電完了時間算出部と、前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの
時間を表示する表示装置とを備えることを特徴とする充
電装置。
【請求項３】電池の到達目標温度値を保持する記憶部
と、現在の電池の温度を検出する温度検出部と、充電開始時の電池温度と前記記憶部に保持された前記到
達目標温度値との差とに基づき、充電時間を決定する充
電時間決定部と、前記開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、
前記充電時間決定部により決定された充電時間とに基づ
き、前記到達目標温度値にて充電を完了するための温度
上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部と、前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を
求める温度上昇値出力部と、前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記
温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部
と、前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充
電する充電制御部と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開
始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める
充電完了時間算出部と、前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの
時間を表示する表示装置とを備えることを特徴とする充
電装置。
【請求項４】前記温度上昇パターンは、充電の前半部
分が温度上昇値が相対的に高く、後半部分が温度上昇値
が相対的に低くなっていることを特徴とする請求項３に
記載の充電装置。
【請求項５】前記温度上昇パターンは、折れ線近似し
てなることを特徴とする請求項３又は４に記載の充電装
置。