JP2005245062A

JP2005245062A - 充電制御装置及び充電式電動工具セット

Info

Publication number: JP2005245062A
Application number: JP2004048134A
Authority: JP
Inventors: Atsumasa Kubota; 篤優久保田; Toshiharu Ohashi; 敏治大橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08
Also published as: EP1569317A3; EP1569317A2; US20050194935A1; CN1661878A

Abstract

【課題】二次電池に対する過充電を効果的に防止することができるようにする。
【解決手段】二次電池３４に電流を供給する直流電源５２、二次電池３４に流れる電流を検出する電流検出部５６、二次電池３４の電圧を検出する電圧検出部５８、電流検出部５６からの検出信号に基づいて直流電源５２を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部６２、電圧検出部５８からの検出信号に基づいて直流電源５２を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部６４、直流電源５２と二次電池３４とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部５４、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部６６及び定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合にスイッチ部５４を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部７２を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの種々の二次電池の過充電に対する保護制御機能を備えた充電制御装置及び充電式電動工具セットに関する。

近年、電動工具や携帯機器などの電気機器の駆動電源として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの種々の二次電池が汎用されている。このような二次電池のうち、例えば、リチウムイオン二次電池を充電する場合、二次電池の電圧が所定値に達するまでは、二次電池に流れる電流が一定値になるようにして充電を行う定電流充電が行われ、二次電池の電圧が所定値に達した後は、二次電池に流れる電流を漸次減少させて二次電池の電圧が一定値となるようにして充電を行う定電圧充電が行われる（例えば、特許文献１）。このような充電を行う充電装置では、二次電池の電圧を検出する電圧検出部や二次電池に流れる電流を検出する電流検出部などが設けられ、二次電池の電圧が設定電圧よりも上昇しないように制御されて二次電池に対する充電が行われる。
特開平１０-６６２７７号公報

ところが、上記従来の充電装置では、二次電池の電圧を検出する電圧検出部や二次電池に流れる電流を検出する電流検出部などが正常に動作しないような場合には保護機能が動作しないことになり、過充電を効果的に防止することができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、二次電池の電圧を検出する電圧検出部や二次電池に流れる電流を検出する電流検出部などが正常に動作しない場合であっても、過充電を効果的に防止することができる充電制御装置及び充電式電動工具セットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、二次電池に対し所定電圧に達するまでは定電流充電を行い、所定電圧に達した後は定電圧充電を行う充電制御装置であって、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部と、定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２の発明は、二次電池に対し所定電圧に達するまでは定電流充電を行い、所定電圧に達した後は定電圧充電を行う充電制御装置であって、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを検出する充電モード検出部と、定電流充電が行われている場合であって二次電池の電圧が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたことを特徴としている。

また、請求項３の発明は、請求項１又は２に係るものにおいて、二次電池の温度を検出する温度検出部を備え、前記スイッチ制御部が、充電途中における二次電池の温度が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路することを特徴としている。

また、請求項４の発明は、請求項１又は２に係るものにおいて、二次電池の温度を検出する温度検出部を備え、前記スイッチ制御部は、充電途中における二次電池の単位時間当たりの温度上昇値が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路することを特徴としている。

また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに係るものにおいて、二次電池に対する定電流充電時における充電電気量を導出する電気量導出部を備え、前記スイッチ制御部は、前記電気量導出部で得た充電電気量が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路することを特徴としている。

また、請求項６の発明は、請求項１又は２に係るものにおいて、前記直流電源を含む充電装置と、この充電装置により充電される二次電池を含むもので当該充電装置に取外し自在に装着される電池パックとから構成され、前記充電装置には、前記電流検出部、前記電圧検出部、前記定電流制御部、前記定電圧制御部、前記充電モード判別部、前記スイッチ部及び前記スイッチ制御部を備え、前記電池パックには、前記電流検出部、前記電圧検出部、前記充電モード判別部及び前記スイッチ制御部を備えたことを特徴としている。

また、請求項７の発明は、モータを有する電動工具本体、この電動工具本体に装着されて前記モータに電流を供給する二次電池を含む電池パック及びこの電池パックが装着されることで二次電池に対し充電を行う充電装置を備えた充電式電動工具セットであって、前記充電装置が、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部と、定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたものであることを特徴としている。

また、請求項８の発明は、モータを有する電動工具本体、この電動工具本体に装着されて前記モータに電流を供給する二次電池を含む電池パック及びこの電池パックが装着されることで二次電池に対し充電を行う充電装置を備えた充電式電動工具セットであって、前記充電装置は、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部と、定電流充電が行われている場合であって二次電池の電圧が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたものであることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、二次電池に対し定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合にスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、二次電池の電圧を検出する電圧検出部が正常に動作しない場合や、定電流充電を行う定電流制御部が正常に動作しない場合などの異常が生じても、二次電池に対する過充電を効果的に防止することができる。

請求項２の発明によれば、二次電池に対し定電流充電が行われている場合であって二次電池の電圧が所定値を超えた場合にスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部が正常に動作しない場合や、定電圧充電を行う定電圧制御部が正常に動作しない場合などの異常が生じても、二次電池に対する過充電を効果的に防止することができる。

請求項３の発明によれば、充電途中における二次電池の温度が所定値を超えた場合にスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、二次電池の電圧を検出する電圧検出部が正常に動作しない場合や、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部が正常に動作しない場合などの異常が生じても、二次電池に対する過充電を確実に防止することができる。

請求項４の発明によれば、充電途中における二次電池の単位時間当たりの温度上昇値が所定値を超えた場合にスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、二次電池の電圧を検出する電圧検出部が正常に動作しない場合や、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部が正常に動作しない場合などの異常が生じても、二次電池に対する過充電を確実に防止することができる。

請求項５の発明によれば、二次電池に供給される充電電気量が所定値を超えた場合にスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、二次電池の電圧を検出する電圧検出部が正常に動作しない場合や、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部が正常に動作しない場合などの異常が生じても、二次電池に対する過充電を確実に防止することができる。

請求項６の発明によれば、電池パックにも電流検出部、電圧検出部、充電モード判別部及びスイッチ制御部が設けられる。このため、充電装置の各機能が動作不能となってスイッチ部を遮断することができないようになった場合でも、電池パックのスイッチ制御部によりスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、より安全で確実な制御動作が実行される。

請求項７の発明によれば、電池パックが充電装置に装着され、二次電池に対し定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合にスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、二次電池の電圧を検出する電圧検出部が正常に動作しない場合や、定電流充電を行う定電流制御部が正常に動作しない場合などの異常が生じても、二次電池に対する過充電を効果的に防止することができる。

請求項８の発明によれば、電池パックが充電装置に装着され、二次電池に対し定電流充電が行われている場合であって二次電池の電圧が所定値を超えた場合にスイッチ部が遮断されることで充電回路が開路されることになる。このため、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部が正常に動作しない場合や、定電圧充電を行う定電圧制御部が正常に動作しない場合などの異常が生じても、二次電池に対する過充電を効果的に防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る充電制御装置が適用される充電式電動工具セットの要部を示す外観構成図である。この図において、充電式電動工具セット１０は、充電式ドリルドライバーを構成する電動工具本体１２と、この電動工具本体１２に装着される電池パック１４と、この電池パック１４を充電する充電装置１６とを備えている。

電動工具本体１２は、筐体１８の把持部の内部に形成され、電池パック１４が取外し自在に装着される装着部２０と、筐体１８の内部に配設され、電池パック１４から電流が供給されることで駆動されるモータ２２と、筐体１８の把持部に設けられ、モータ２２への電流の供給をオンオフ制御するトリガースイッチ２４と、筐体１８の先端に設けられ、ドリル歯などが取り付けられる回転部２６とを備えている。装着部２０の底部には、モータ２２に接続された一対の電極端子２８が取り付けられている。

電池パック１４は、筐体３２内にリチウムイオン二次電池３４などが収納された本体部３６と、本体部３６の一面側に突出し、電動工具本体１２の装着部２０に装着される電極部３８とを備えている。電極部３８は、先端部の対向面にリチウムイオン二次電池３４の電極に接続された一対の電極端子４０が設けられており、電動工具本体１２の装着部２０に装着されたときにその一対の電極端子４０に装着部２０の一対の端子電極２８が圧接されるようになっている。なお、図２に、電動工具本体１２の装着部２０に電池パック１４が装着された状態を示している。

充電装置１６は、内部に直流電源や制御部などを構成する回路ブロック４２が設けられ、上面側に電池パック１４の電極部３８が取外し自在に装着される装着孔部４４が設けられている。この装着孔部４４内部の対向位置に一対の電極端子４６（一方のみ図示）が設けられており、電池パック１４の電極部３８が装着されたときにその一対の端子電極４０に装着孔部４４の一対の電極端子４６が圧接されるようになっている。なお、図３に、充電装置１６の装着孔部４４に電池パック１４が装着された状態を示している。このように、充電装置１６に電池パック１４が装着されて両者が回路接続されることで、充電制御装置５０が構成される。

図４は、充電制御装置５０の第１の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。この図において、電池パック１４は、一対の電極端子４０間に二次電池３４が接続されて構成されている。充電装置１６は、二次電池３４に電流を供給する直流電源５２と、直流電源５２の一方の出力端及び一方の電極端子４６の間に接続されたスイッチ部５４と、直流電源５２の他方の出力端及び他方の電極端子４６の間に接続された電流検出部５６と、一方の電極端子４６及びスイッチ部５４の間と他方の電極端子４６及び電流検出部５６の間とに接続された電圧検出部５８と、電流検出部５６から出力される検出信号及び電圧検出部５８から出力される検出信号が入力されることで、直流電源５２の動作を制御すると共に、スイッチ部５４の動作を制御するマイコン６０とを備えている。

直流電源５２は、ＡＣ/ＤＣコンバータ、ＤＣ/ＤＣコンバータなどから構成されたものであり、マイコン６０から出力される制御信号が入力されることで出力電圧が調整される制御端子を備えたものである。スイッチ部５４は、リレースイッチやＦＥＴなどのスイッチ素子で構成され、直流電源５２と二次電池３４とを結ぶ充電回路を開閉するものである。電流検出部５６は、二次電池３４に流れる電流（充電電流）を検出するものであり、電圧検出部５８は、二次電池３４の電圧（両端電圧）を検出するものである。

マイコン６０は、演算処理を実行するＣＰＵ、処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭなどから構成されており、定電流制御部６２、定電圧制御部６４、充電モード判別部６６、充電時間判別部６８、電圧値判別部７０及びスイッチ制御部７２としての各機能実現部を備えている。なお、マイコン６０には、直流電源５２、スイッチ部５４、電流検出部５６及び電圧検出部５８とＣＰＵとを接続するためのインターフェイス回路を備えている。

定電流制御部６２は、充電開始後に電流検出部５６から出力される検出信号に基づいて直流電源５２を制御することにより、二次電池３４が所定電圧に達するまで二次電池３４に対し一定電流を流すことで充電する定電流充電を行うためのものである。すなわち、図５に示すように、電圧検出部５８で検出される二次電池３４の電圧は充電時間に対応して増加していくことになるが、所定電圧Ｖｃに達するまでの時刻ｔ１までは電流検出部５６で検出される電流Ｉｃが一定値になるように直流電源５２の出力電圧を制御する。

定電圧制御部６４は、電圧検出部５８から出力される検出信号に基づいて直流電源５２を制御することにより、二次電池３４が所定電圧Ｖｃに達した後（時刻ｔ１を経過した後）は二次電池３４に流れる電流を徐々に低減させていくことで二次電池３４の電圧が一定値になるようにして充電する定電圧充電を行うためのものである。すなわち、図５に示すように、電圧検出部５８で検出される二次電池３４の電圧が所定電圧Ｖｃに達するまでの時刻ｔ１以降は所定電圧Ｖｃが一定値を維持するように直流電源５２の出力電圧を制御する。

充電モード判別部６６は、現在の充電モードが定電流充電であるか定電圧充電であるかを判別するものである。例えば、電圧検出部５８で検出した二次電池３４の電圧が予め設定した所定値（所定電圧Ｖｃ）である場合に定電圧充電モードであると判別し、所定値に達していない場合に定電流充電モードであると判別する。なお、電流検出部５６で検出した二次電池３４に流れる電流が一定値になっている場合に定電流充電モードであると判別し、電流が徐々に減少している場合に定電圧充電モードであると判別することもできる。

充電時間判別部６８は、定電流充電モードにおける充電時間が所定値（ｔ１）に達したか否かを内蔵タイマーによりカウントすることで判別するものである。なお、本実施形態では、この充電時間の閾値（ｔ１）は予め実験的に求めた固定値として設定される。

電圧値判別部７０は、定電流充電モードで充電されている二次電池３４が所定値（Ｖｃ）に達したか否かを判別するものである。なお、本実施形態では、この電圧値の閾値（Ｖｃ）は二次電池３４の規定容量に対応して予め実験的に求めた固定値として設定される。

スイッチ制御部７２は、充電制御が正常に行われていない場合に生じる過充電を防止するため、スイッチ部５４に遮断信号（制御信号）を出力して充電回路を開路するものである。すなわち、図６に示すように、定電流充電モードで充電が行われている場合に、二次電池３４の電圧が所定電圧Ｖｃに達する時刻ｔ１を経過しても定電流充電モードで充電が行われている場合は（この場合、二次電池３４の電圧が所定電圧Ｖｃを超えた状態となる。）、電圧検出部５８が正常に動作していないために二次電池３４の電圧が正確に検出されていない場合や、定電流制御部６２が正常に動作していないために定電圧充電モードに切り換わらない場合などであることから、スイッチ部５４を遮断して充電回路を開路する。

また、図６に示すように、二次電池３４の電圧が所定電圧Ｖｃを超えているにも拘わらず、定電流充電モードで充電が行われている場合は、電流検出部５６が正常に動作していないために充電回路に流れる電流が正確に検出できていない場合や、定電圧制御部６４が正常に動作していないために定電圧充電モードに切り換わらない場合などであることから、スイッチ部５４を遮断して充電回路を開路する。

このように構成された第１の実施形態に係る充電制御装置５０では、定電流充電モードで充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合にスイッチ部５４を遮断することで充電回路が開路されるため、電圧検出部５８が正常に動作しない場合や定電流制御部６２が正常に動作しない場合などの異常が生じても二次電池３４に対する過充電を効果的に防止することができる。また、定電流充電が行われている場合であって二次電池の電圧が所定値を超えた場合にスイッチ部５４を遮断することで充電回路が開路されるため、電流検出部５６が正常に動作しない場合や定電圧制御部６４が正常に動作しない場合などの異常が生じても二次電池３４に対する過充電を効果的に防止することができる。

図７は、充電制御装置５０の第２の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。この第２の実施形態に係る充電制御装置５０は、図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０と基本的には同一の構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０との相違点を中心に説明する。

この第２の実施形態に係る充電制御装置５０は、二次電池３４が過充電状態になると高温になるため、この電池温度を監視しておくことで二次電池３４の過充電を防止するものである。すなわち、二次電池３４の温度変化は、図８に示すように、充電状態が正常な場合は、定電流充電モードから定電圧充電モードに切り換わる時刻ｔ１までは上昇し、時刻ｔ１で定電圧充電モードに切り換わった後は実線で示すように徐々に下がることになるが、充電状態が異常で時刻ｔ１を超えても点線で示すように定電流状態が維持されて定電圧充電モードに切り換わらない場合は、点線で示すように温度上昇を続けることになる。

このため、この第２の実施形態に係る充電制御装置５０は、所定の充電時間が経過した充電途中の二次電池３４の表面温度を検出し、その検出結果を充電装置１６のマイコン６０に出力するサーミスタなどからなる温度検出部７４を電池パック１４に設けると共に、充電装置１６のマイコン６０に、二次電池３４の温度が過充電と見なされる所定値を超えているか否かを判別する温度判別部７６としての機能実現部を設ける一方、スイッチ制御部７２に二次電池３４の温度が所定値を超えた場合にスイッチ部５４に遮断信号を出力させるようにしたもので、この点で第１の実施形態のものとは相違している。

このように構成された第２の実施形態に係る充電制御装置５０では、温度判別部７６により充電途中の二次電池３４の温度が過充電と見なされる所定値を超えていると判別された場合に、スイッチ制御部７２からスイッチ部５４に遮断信号が出力されることで充電回路が開路されることになるため、二次電池３４に対する過充電を効果的に防止することができる。この結果、図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０に比べ、より安全な制御動作が実行される充電制御装置５０を容易に実現することができる。

なお、本実施形態では、二次電池３４の過充電と見なされる温度の閾値は、二次電池３４の規定容量に対応して予め実験的に求めた固定値として設定される。また、この第２の実施形態に係る充電制御装置５０では、電池パック１４に温度検出部７４を設けたことで一対の電極端子４０の他に別の電極端子が必要となるが、この別の電極端子は電池パック１４の電極部３８の適所に設けておけばよい。また、同様に充電装置１６にも一対の電極端子４６の他に別の電極端子が必要となるが、この別の電極端子は充電装置１６における電池パック１４の電極端子と接続可能な適所に設けておけばよい。

図９は、充電制御装置５０の第３の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。この第２の実施形態に係る充電制御装置５０は、図７に示す第２の実施形態に係る充電制御装置５０と基本的には同一の構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には図７に示す第２の実施形態に係る充電制御装置５０との相違点を中心に説明する。

この第３の実施形態に係る充電制御装置５０は、二次電池３４が充電されると二次電池３４の内部温度が上昇することになるが、過充電状態にならない限り単位時間当たりの温度上昇値は所定値よりも低い値になるので、この温度上昇値を監視することで二次電池３４の過充電を防止しようとするものである。すなわち、二次電池３４の温度変化は、図１０に示すように、充電状態が正常な場合は先にも説明したとおり、定電流充電モードから定電圧充電モードに切り換わる時刻ｔ１までは上昇し、時刻ｔ１で定電圧充電モードに切り換わった後は実線で示すように徐々に下がることになるが、充電状態が異常で時刻ｔ１を超えても定電流状態が維持されて定電圧充電モードに切り換わらない場合は点線で示すように単位時間当たりの温度上昇値（ΔＴ/Δｔ）が時刻ｔ１に達するまでに比べて大きくなる。

このため、この第３の実施形態に係る充電制御装置５０は、充電装置１６のマイコン６０に、温度検出部７４から検出信号が入力されることで充電途中における二次電池３４の単位時間当たりの温度上昇値を算出する温度上昇値導出部７８と、単位時間当たりの温度上昇値が所定値を超えているか否かを判別する温度上昇値判別部８０としての各機能実現部を設ける一方、スイッチ制御部７２に二次電池３４の単位時間当たりの温度上昇値が所定値を超えた場合にスイッチ部５４に遮断信号を出力させるようにしたもので、この点で第２の実施形態のものとは相違している。この温度上昇値導出部７８は、図１０に示すように、時刻ｔａにおける電池温度をＴａとし、時刻ｔａから所定時間だけ経過した時刻ｔｂにおける電池温度をＴｂとしたとき、単位時間当たりの温度上昇値を（Ｔｂ−Ｔａ）/（ｔｂ−ｔａ）の式に基づいて算出するものである。

なお、単位時間当たりの温度上昇値は、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔｂ−Ｔａ）と時間差Δｔ（Δｔ＝ｔｂ−ｔａ）とから予め算出してテーブル形式でメモリに記憶させておき、このメモリから読み出すことで求めることもできる。また、ここでいう単位時間当たりの温度上昇値とは、単位時間当たりの温度上昇割合だけではなく、温度上昇率をも含むものである。

このように構成された第３の実施形態に係る充電制御装置５０では、温度上昇値導出部７８で求めた単位時間当たりの温度上昇値が、温度上昇値判別部８０により過充電と見なされる所定値を超えていると判別された場合に、スイッチ制御部７２からスイッチ部５４に遮断信号が出力されることで充電回路が開路されることになるため、二次電池３４に対する過充電を効果的に防止することができる。この結果、図７に示す第２の実施形態に係る充電制御装置５０に比べ、より安全な制御動作が実行される充電制御装置５０を容易に実現することができる。なお、本実施形態では、過充電と見なされる単位時間当たりの温度上昇値の閾値は、予め実験的に求めた固定値として設定される。

図１１は、充電制御装置５０の第４の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。この第４の実施形態に係る充電制御装置５０は、図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０と基本的には同一の構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０との相違点を中心に説明する。

この第４の実施形態に係る充電制御装置５０は、二次電池３４の定電流充電モードでの充電電気量（電流値×充電時間）が所定値に達したときに定電流充電モードでの充電が終了したと見なすことができ、当該所定値を超えたときは過充電状態と見なすことができるので、この充電電気量を監視することで二次電池３４の過充電を防止するものである。

このため、この第４の実施形態に係る充電制御装置５０は、充電装置１６のマイコン６０に、二次電池３４の定電流充電モードでの充電電気量を導出するための電気量導出部８２と、定電流充電モードにおいて電気量導出部８２で導出された充電電気量に達したか否かを判別する電気量判別部８４としての各機能実現部を備える一方、スイッチ制御部７２に電気量導出部８２で求めた定電流充電モードでの二次電池３４に対する充電電気量が電気量判別部８４により過充電と見なされる所定値を超えたと判別された場合にスイッチ部５４に遮断信号を出力させるようにしたもので、この点で第１の実施形態のものとは相違している。なお、電気量導出部８２は、電流検出部５６で検出された電流値と内蔵タイマーでカウントされる充電時間との乗算値を積分することで充電電気量を算出する。

この第４の実施形態に係る充電制御装置５０では、電気量導出部８２で求めた定電流充電モードでの二次電池３４に対する充電電気量が電気量判別部８４により過充電と見なされる所定値を超えたと判別された場合に、スイッチ制御部７２からスイッチ部５４に遮断信号が出力されることで充電回路が開路されることになるため、二次電池３４に対する過充電を効果的に防止することができる。この結果、図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０に比べ、より安全な制御動作が実行される充電制御装置５０を容易に実現することができる。

なお、本実施形態では、過充電と見なされる充電電気量は、予め実験的に求めた固定値として設定される。また、この第４の実施形態に係る充電制御装置５０は、図７に示す実施形態のように温度検出部７４及び温度判別部７６を設けた構成としてもよいし、図９の実施形態のように温度検出部７４、温度上昇値導出部７８及び温度上昇値判別部８０を設けた構成としてもよい。

図１２は、充電制御装置５０の第５の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。この第５の実施形態に係る充電制御装置５０は、図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０の充電装置１６が有している構成要素の一部を電池パック１４にも備えるようにしたものである。このため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０との相違点を中心に説明する。

すなわち、この第５の実施形態に係る充電制御装置５０は、電池パック１４にも、二次電池３４に流れる電流を検出する電流検出部５６、二次電池３４の電圧を検出する電圧検出部５８及び充電動作を制御するマイコン６０を備え、このマイコン６０に、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部６６、定電流充電モードにおける充電時間が所定値に達したか否かを判別する充電時間判別部６８、定電流充電モードで充電されている二次電池３４が所定値に達したか否かを判別する電圧値判別部７０及びスイッチ部５４に遮断信号を出力して充電回路を開路するスイッチ制御部７２の各機能実現部を備えたもので、この点で第１の実施形態に係るものと相違している。

このように構成された第５の実施形態に係る充電制御装置５０では、充電装置１６の各機能が動作不能となってスイッチ部５４に遮断信号を出力して充電回路を開路することができないようになった場合でも、電池パック１４のマイコン６０から充電装置１６のスイッチ部５４に遮断信号を出力して充電回路を開路することができることになるため、二次電池３４の過充電を効果的に防止することができる。この結果、図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０に比べ、より安全な制御動作が実行される充電制御装置５０を容易に実現することができる。

また、この第５の実施形態に係る充電制御装置５０では、消費電力の大きい電動工具においては大型化することが避けられないスイッチ部５４を充電装置１６側に設けるようにしているので、電動工具本体１２に装着する電池パック１４の小型化と軽量化とを容易に実現することができる結果、操作性に優れた充電式電動工具を実現することができる。

なお、この第５の実施形態に係る充電制御装置５０は、図４に示す第１の実施形態に係る充電制御装置５０の充電装置１６が有している構成要素を、スイッチ部５４を除いてすべて電池パック１４に備えるようにすることもできる。さらには、図７，図９，図１１に示す第２，第３，第４の各実施形態に係る充電制御装置５０においても、これらの電池パック１４の構成を図１２に示す第５の実施形態に係る充電制御装置５０の電池パック１４と同様の構成とすることができる。

図１３は、図７に示す第２の実施形態に係る充電制御装置５０のより具体的な回路構成を示すブロック図であり、図７に示す第２の実施形態に係る充電制御装置５０と同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略する。すなわち、この図１３に示す実施形態では、スイッチ部５４をリレースイッチで構成すると共に、電流検出部５６及び電圧検出部５８を抵抗体で構成し、温度検出部７４をサーミスタで構成した例を示している。なお、スイッチ部５４をＦＥＴで構成してもよい。この場合、マイコン６０のスイッチ制御部７２から出力される遮断信号をゲートに入力し、ドレインとソース間を遮断することで充電回路を開路することができる。なお、他の実施形態に係る充電制御装置５０についても、図１３に示すものと同様の構成になる電流検出部５６や電圧検出部５８などを用いて構成することができる。

図１４は、図１３に示す構成の電池パック１４を電動工具本体１２に装着した場合の回路構成を示すブロック図である。この実施形態では、電動工具本体１２はモータ２２とトリガースイッチ２４で操作されるスイッチ９０とが直列接続された工具側回路に電池パック１４の二次電池３４が接続された構成となる。この電池パック１４は、過放電状態にならないうちに電動工具本体１２から取り外されて充電装置１６に装着され、二次電池３４に対し充電が行われることになる。

以上説明したように、本発明は、二次電池３４に対し定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合にスイッチ部５４を遮断して充電回路を開路するようにしたものである。このため、電圧検出部５８が正常に動作しない場合や定電流制御部６２が正常に動作しない場合などの異常が生じても二次電池３４に対する過充電を効果的に防止することができる。また、本発明は、二次電池３４に対し定電流充電が行われている場合であって二次電池３４の電圧が所定値を超えた場合にスイッチ部５４を遮断して充電回路を開路するようにしたものである。このため、電流検出部５６が正常に動作しない場合や定電圧制御部６４が正常に動作しない場合などの異常が生じても二次電池３４に対する過充電を効果的に防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、以下に述べるような種々の変形態様を必要に応じて採用することができる。

（１）上記実施形態では、各充電制御装置５０は、二次電池３４に対し定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合にスイッチ部５４に遮断信号を送出して充電回路を開路する機能と、二次電池３４に対し定電流充電が行われている場合であって二次電池３４の電圧が所定値を超えた場合にスイッチ部５４に遮断信号を送出して充電回路を開路する機能の２つの機能を備えているが、これに限るものではない。例えば、定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合にスイッチ部５４に遮断信号を送出して充電回路を開路する機能だけを有していてもよく、あるいは、定電流充電が行われている場合であって二次電池３４の電圧が所定値を超えた場合にスイッチ部５４に遮断信号を送出して充電回路を開路する機能だけを有していてもよい。

（２）上記実施形態では、充電時間判別部６８における判別基準となる充電時間の閾値を固定値としているが、これに限るものではない。例えば、二次電池３４の電圧が所定電圧Ｖｃ（図５）に達するまでの充電時間は、二次電池３４の残容量に対応して変化するものであることから、この充電時間の閾値を予め実験的に求めた残容量と充電時間との関係式から算出するための充電時間導出部としての機能実現部をマイコン６０に備えていてもよい。このようにすることで、より高精度の過充電防止を実現することができる。なお、この充電時間導出部は、予め実験的に求めた残容量と充電時間との関係式から算出した充電時間の閾値をテーブル形式でメモリに記憶させておき、このメモリから読み出すことで求めるようにしたものでもよい。

（３）上記実施形態では、温度判別部７６における判別基準となる二次電池３４の過充電と見なされる温度の閾値を固定値としているが、これに限るものではない。例えば、二次電池３４の過充電と見なされる温度は、充電時間が二次電池３４の残容量に応じて変化することで変わってくることから、残容量に対応して電池温度の閾値を算出するための計算式を実験的に求め、この計算式に基づいて電池温度の閾値を算出するための電池温度導出部としての機能実現部をマイコン６０に設けておき、温度判別部７６がこの電池温度導出部で求めた温度に基づいて判別するようにすることで、より高精度の過充電防止を実現することができる。なお、この電池温度導出部は、予め実験的に求めた残容量と電池温度との関係式から算出した電池温度の閾値をテーブル形式でメモリに記憶させておき、このメモリから読み出すことで求めるようにしたものでもよい。

（４）上記実施形態では、温度上昇値判別部８０における判別基準となる二次電池３４の過充電と見なされる単位時間当たりの温度上昇値の閾値を固定値としているが、これに限るものではない。例えば、過充電とみなされる二次電池３４の単位時間当たりの温度上昇値は、充電時間が二次電池３４の残容量に応じて変化することで変わってくることから、残容量に対応して変化する単位時間当たりの温度上昇値の閾値を導出するための計算式を実験的に求め、この計算式に基づいて単位時間当たりの温度上昇値の閾値を算出するための温度上昇値導出部としての機能実現部をマイコン６０に設けておき、温度上昇値判別部８０がこの温度上昇値導出部で求めた温度上昇値に基づいて判別するようにすることで、より高精度の過充電防止を実現することができる。なお、この温度上昇値導出部は、予め実験的に求めた残容量と温度上昇値との関係式から算出した温度上昇値の閾値をテーブル形式でメモリに記憶させておき、このメモリから読み出すことで求めるようにしたものでもよい。

（５）上記実施形態では、電気量判別部８４における判別基準となる二次電池３４の過充電と見なされる充電電気量の閾値を固定値としているが、これに限るものではない。例えば、過充電とみなされる二次電池３４の充電電気量は、充電時間が二次電池３４の残容量に応じて変化することで変わってくることから、残容量に対応して変化する充電電気量の閾値を導出するための計算式を実験的に求め、この計算式に基づいて充電電気量の閾値を算出するための充電電気量導出部としての機能実現部をマイコン６０に設けておき、電気量判別部８４がこの充電電気量導出部で求めた充電電気量に基づいて判別するようにすることで、より高精度の過充電防止を実現することができる。なお、この充電電気量導出部は、予め実験的に求めた残容量と充電電気量との関係式から算出した充電電気量の閾値をテーブル形式でメモリに記憶させておき、このメモリから読み出すことで求めるようにしたものでもよい。

（６）上記実施形態では、充電式電動工具セットは、電動工具本体１２、電池パック１４及び充電装置１６が互いに分離可能としたものであるが、これに限るものではない。例えば、電動工具本体１２及び電池パック１４が互いに分離不能に一体化されていてもよく、さらには、電動工具本体１２、電池パック１４及び充電装置１６が互いに分離不能に一体化されていてもよい。

本発明の一実施形態に係る充電制御装置が適用される充電式電動工具セットの要部を示す外観構成図である。電動工具本体の装着部に電池パックが装着された状態を示す図である。充電装置の装着孔部に電池パックが装着された状態を示す図である。充電制御装置の第１の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。充電時間に対する二次電池の電圧と充電電流との関係を示す図である。充電時間に対する二次電池の電圧と充電電流との関係を示す図である。充電制御装置の第２の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。充電時間に対する充電電流と二次電池の温度との関係を示す図である。充電制御装置の第３の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。充電時間に対する充電電流と二次電池の温度との関係を示す図である。充電制御装置の第４の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。充電制御装置の第５の実施形態に係る回路構成を示すブロック図である。図７に示す第２の実施形態に係る充電制御装置のより具体的な回路構成を示すブロック図である。図１３に示す構成の電池パックを電動工具本体に装着した場合の回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０充電式電動工具セット
１２電動工具本体
１４電池パック
１６充電装置
３４二次電池
５２直流電源
５４スイッチ部
５６電流検出部
５８電圧検出部
６２定電流制御部
６４定電圧制御部
６６充電モード判別部
６８充電時間判別部
７０電圧値判別部
７２スイッチ制御部
７４温度検出部
７６温度判別部
７８温度上昇値導出部
８０温度上昇値判別部
８２電気量導出部
８４電気量判別部

Claims

二次電池に対し所定電圧に達するまでは定電流充電を行い、所定電圧に達した後は定電圧充電を行う充電制御装置であって、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部と、定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたことを特徴とする充電制御装置。
二次電池に対し所定電圧に達するまでは定電流充電を行い、所定電圧に達した後は定電圧充電を行う充電制御装置であって、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを検出する充電モード検出部と、定電流充電が行われている場合であって二次電池の電圧が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたことを特徴とする充電制御装置。
二次電池の温度を検出する温度検出部を備え、前記スイッチ制御部は、充電途中における二次電池の温度が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路することを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
二次電池の温度を検出する温度検出部を備え、前記スイッチ制御部は、充電途中における二次電池の単位時間当たりの温度上昇値が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路することを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
二次電池に対する定電流充電時における充電電気量を導出する電気量導出部を備え、前記スイッチ制御部は、前記電気量導出部で得た充電電気量が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の充電制御装置。
前記直流電源を含む充電装置と、この充電装置により充電される二次電池を含むもので当該充電装置に取外し自在に装着される電池パックとから構成され、前記充電装置には、前記電流検出部、前記電圧検出部、前記定電流制御部、前記定電圧制御部、前記充電モード判別部、前記スイッチ部及び前記スイッチ制御部を備え、前記電池パックには、前記電流検出部、前記電圧検出部、前記充電モード判別部及び前記スイッチ制御部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
モータを有する電動工具本体、この電動工具本体に装着されて前記モータに電流を供給する二次電池を含む電池パック及びこの電池パックが装着されることで二次電池に対し充電を行う充電装置を備えた充電式電動工具セットであって、前記充電装置は、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部と、定電流充電が行われている場合であって充電時間が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたものであることを特徴とする充電式電動工具セット。
モータを有する電動工具本体、この電動工具本体に装着されて前記モータに電流を供給する二次電池を含む電池パック及びこの電池パックが装着されることで二次電池に対し充電を行う充電装置を備えた充電式電動工具セットであって、前記充電装置は、二次電池に電流を供給する直流電源と、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池に対し所定電圧に達するまで定電流充電を行う定電流制御部と、前記電圧検出部から出力される検出信号に基づいて前記直流電源を制御することにより二次電池が所定電圧に達した後に定電圧充電を行う定電圧制御部と、前記直流電源と二次電池とを結ぶ充電回路を開閉するスイッチ部と、定電流充電が行われているか定電圧充電が行われているかを判別する充電モード判別部と、定電流充電が行われている場合であって二次電池の電圧が所定値を超えた場合に前記スイッチ部を遮断して充電回路を開路するスイッチ制御部とを備えたものであることを特徴とする充電式電動工具セット。