JP2006254607A - 電池の充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電装置の待機時の不要な消費電力を極力低減させる。
【解決手段】入力電源１０に接続されて被充電電池２に電圧及び充電電流を供給する充電電源供給手段２０、３０と、被充電電池の充電開始から充電停止までの間、前記被充電電池の充電状態を制御する充電制御手段５０、６０とを備える電池の充電装置において、トリガ電圧Ｖｄを一時的に印加することによって起動して定電圧Ｖｃを発生する定電圧電源７０を有し、充電制御手段５０、６０は該定電圧電源７０の出力電圧Ｖｃによって動作電源が供給されて充電動作を実行し、充電を完了した被充電電池（電池パック）２が充電装置より取り外されたとき、充電制御手段（マイコン）５０は前記定電圧電源７０の前記出力電圧を停止させることにより、充電制御手段５０、６０等への不要な給電を停止させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ニッケルカドミウム電池（ニカド電池）やニッケル水素電池等の２次電池を充電するための充電装置に関し、特に、充電を行っていない充電待機時の消費電力を低減するための充電装置に関する。

電動工具等の携帯用機器の電源としては、ニカド電池やニッケル水素電池等の高容量化された２次電池が広く使用されつつある。一方、２次電池の高容量化に伴い、これら電池を短時間で充電するための充電装置の大出力容量化も進みつつある。

２次電池の充電装置において、充電を行つていない充電待機時の消費電力を低減することが提案されている。例えば、下記特許文献１には、充電待機時の低消費電力化を図るために、待機時には、充電中に使用された出力電圧より低い出力電圧に設定し直して待機することが開示されている。

特開２００４−１８７３６６号公報

しかしながら、従来の充電装置においては、充電待機時の消費電力を零にすることが困難であり、充電待機時の低消費化を図るには不充分であった。

従って、本発明の目的は、従来技術の欠点をなくし、充電を行っていない充電待機時の充電装置の消費電力を著しく低減させることにある。

本発明の上記の目的及び他の目的、ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面より更に明らかにされるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの要約を説明すれば、以下のとおりである。

（１）本発明の充電装置によれば、入力電源に接続されて被充電電池を充電する充電電源供給手段と、被充電電池の充電を制御する充電制御手段と、該充電制御手段を駆動する定電圧電源とを備える電池の充電装置であって、前記充電制御手段は、被充電電池が前記充電装置から取り外されたとき、前記定電圧電源の出力を停止させることを特徴とする。

（２）本発明の上記（１）項の充電装置において、前記定電圧電源は、被充電電池が充電装置に接続されたとき、被充電電池の残電圧により回路動作トリガ手段を介して起動することを特徴とする。

（３）本発明の上記（２）項の充電装置において、前記回路動作トリガ手段は、ダイオードを介して前記定電圧電源に接続されていることを特徴とする。

（４）本発明の上記（２）または（３）項の充電装置において、前記回路動作トリガ手段は、前記定電圧電源が起動した後、前記充電制御手段によって出力を停止させられることを特徴とする。

（５）本発明の上記（１）項の充電装置において、前記定電圧電源は、前記充電電源供給手段の入力電源よりスイッチを介して起動することを特徴とする。

（６）本発明の上記（１）乃至（５）項の充電装置において、前記充電制御手段は、マイクロコンピュータを含み、該マイクロコンピュータの入力ポートに被充電電池の検出電圧を入力し、該マイクロコンピュータの出力ポートより前記定電圧電源の動作を停止させる制御信号を出力することを特徴とする。

（７）本発明の充電装置において、入力電源と、前記入力電源に接続され、被充電電池に電圧及び充電電流を供給する充電電源供給手段と、前記充電電源供給手段に電気的接続され、被充電電池に供給する充電電流を設定値に従って制御する充電電流制御手段と、被充電電池の充電開始から充電停止までの間、前記充電電源供給手段及び前記充電電流制御手段を制御する制御信号を供給する主制御手段と、前記主制御手段を駆動する定電圧電源とを備え、前記主制御手段は、被充電電池が前記充電電源供給手段に接続されていないとき、前記定電圧電源の出力電圧を停止させることにより、該主制御手段への動作電源の供給を停止させることを特徴とする。

（８）本発明の上記（７）項の充電装置において、前記定電圧電源は、充電開始前の被充電電池の残電圧に基づいて前記定電圧電源の起動を制御する回路動作トリガ手段により起動することを特徴とする。

（９）本発明の上記（７）項の充電装置において、前記定電圧電源は、前記充電電源供給手段の入力電源よりスイッチを介して起動することを特徴とする。

（１０）本発明の上記（８）項の充電装置において、前記主制御手段は、前記回路動作トリガ手段の出力により前記定電圧電源が起動した後、前記回路動作トリガ手段を停止させることを特徴とする。

（１１）本発明の上記（７）乃至（１０）項の充電装置において、前記主制御手段は、マイクロコンピュータから成り、該マイクロコンピュータの入力ポートに被充電電池の検出電圧を入力し、該マイクロコンピュータの出力ポートより前記定電圧電源の動作を停止させる制御信号を出力することを特徴とする。

（１２）本発明の上記（７）乃至（１１）項の充電装置において、前記入力電源は交流電源より整流回路を介して整流した電源であることを特徴とする。

（１３）本発明の上記（７）乃至（１２）項の充電装置において、前記充電電源供給手段はスイッチング電源より成り、該スイッチング電源の入力電源は整流回路より成ることを特徴とする。

本発明の充電装置によれば、被充電電池が充電装置に実装されないときには、定電圧電源を停止するので、待機時の消費電力を著しく低下させることができる。

更に、充電制御手段に定電圧電源から供給される動作電源も停止されるので、上記主制御手段及び充電電流制御手段を含む、充電制御手段の消費電力も低減させることができる。

以下、本発明の実施形態について図１及び図２を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。

図１は本発明の実施形態に係る充電装置の回路図を示す。図１において、充電装置によって充電すべき組電池（以下、「被充電電池」または「電池パック」と称する場合がある）２は、直列接続された複数の充電可能な素電池（セル）２Ａと、素電池２Ａに接触または近接して配置されたサーミスタ等の感温素子２Ｂとから成る。例えば、この組電池２は素電池２Ａが約１．２Ｖの電圧を有するニカド電池を８個直列接続したものから成り、約９．６Ｖの電圧を持つ。

被充電電池２に電力（充電電圧及び充電電流）を供給するための「充電電源供給手段」は、第１の整流平滑回路１０と、スイッチング回路２０と、第２の整流平滑回路３０とを具備し、また、被充電電池２の着脱時及び被充電電池２の充電開始乃至充電停止の充電処理において、上記「充電電源供給手段」を制御するための「充電制御手段」は、充電電流制御手段６０と、マイクロコンピュータから成る主制御手段５０とを具備する。

第１の整流平滑回路１０は、商用交流電源１を全波整流するための全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２とから成る。スイッチング回路２０は、高周波トランス（降圧トランス）２１と、トランス２１の１次コイルに直列接続されたＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）２２と、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に印加する駆動パルス信号のパルス幅を変調させるためのＰＷＭ制御ＩＣ（駆動信号制御手段）２３とを備える。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、充電電流信号伝達手段５より入力される制御入力信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に供給する駆動パルス幅を変えることによって、ＭＯＳＦＥＴ２２のオン時間を制御し、整流平滑回路３０の出力電圧と被充電電池２の充電電流を調整する。第２の整流平滑回路３０はトランス２１の２次コイル側に接続されたダイオード３１及び３２、チョークコイル３３、及び平滑コンデンサ３４から成る。整流平滑回路１０には、商用交流電源１が供給される。

このようにして、第１の整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、第２の整流平滑回路３０は充電電源供給手段を構成する。この充電電源供給手段において、例えば、交流電源１として１００Ｖの商用交流電源を用いた場合、第１の整流平滑回路１０によって印加する電圧値を変えるものである。このような構成に基づき、第１の整流平滑回路１０から得られる電圧は約１４０Ｖ、第２の整流平滑回路３０の出力電圧は約３５Ｖとなる。

第１の整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、及び第２の整流平滑回路３０を含む充電電源供給手段には、充電電流制御手段６０が電気的接続されている。充電電流制御手段６０は、演算増幅器６１及び６２と、入力抵抗６３及び６５と、帰還抵抗６４及び６６とから構成された演算増幅回路を含む。

この充電電流制御手段６０の入力側は電池２の充電電流を検出するための検出抵抗３に接続される。また、その出力側は充電電流信号伝達手段５を介して前述したＰＷＭ制御ＩＣ２３に電気的接続される。更に、第２段目演算増幅器６２の反転入力端子には充電電流設定手段６が接続される。充電電流設定手段６は、後述するマイクロコンピュータ５０の出力ポート５６ａからの制御信号に対応して充電電流の大きさを設定するものである。

主制御回路手段は、マイクロコンピュータ（以下、単に「マイコン」と称する）５０から成る。マイコン５０は、制御プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）５１、ＣＰＵ５１の制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２、ＣＰＵ５１の作業領域やデータの一時記憶領域などとして利用されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３、タイマ５４、後述する組電池（被充電電池）２の充電電圧の検出信号及び組電池２の温度の検出信号についてアナログ信号からデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ５５、制御信号を出力するための出力ポート５６ａ、後述する回路動作トリガ手段１００及び定電圧電源７０に動作停止信号を出力するための出力ポート５６ｂ、定電圧電源７０から電源が供給された場合、リセット信号を入力するためのリセット入力ポート５７の機能ブロックから構成され、これら機能ブロックは内部バスによって相互に接続されている。例えば、上記ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５３に記憶した最新の電池温度と、ＲＡＭ５３に記憶された複数のサンプリング時間毎にサンプリングした電池温度とから電池温度の対時間勾配の演算等を行う。

組電池２の電圧は、分圧用抵抗４１及び４２から成る電池電圧検出手段４０によって検出し、マイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。

組電池２の温度は、５Ｖの定電圧源に直列接続された抵抗９１及び９２からなる電池温度検出手段９０に組電池２内に設けた感温素子２Ｂを接続することによって、温度変化に従った分圧電圧として検出し、この検出電圧をマイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。

被充電電池（組電池）２の充電の開始または停止を指示する信号は、マイコン５０の制御プログラムに従って、その出力ポート５６ａより充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の制御入力端子へ供給される。スイッチング回路２０は充電制御信号伝達手段４の制御信号に従って充電の開始または停止を制御する。

本発明に従って、マイコン５０、充電電流制御回路手段６０、及び電池温度検出手段９０等の電源（Ｖｃ）またはバイアス電源は、定電圧電源７０の出力線路ＯＬによって供給される。この定電圧電源７０は、トランス７１と、トランス７１の１次コイル側にコレクタが接続されたスイッチングトランジスタ７２と、トランス７１の補助コイル７１１に接続された整流ダイオード７９及び平滑コンデンサ７８から成る動作電圧供給回路と、スイッチングトランジスタ７２のベース端子に接続された定電圧制御手段（ベース駆動制御手段）７７とを備え、更にトランス７１の２次コイル側には、整流ダイオード７１０と、平滑コンデンサ７４及び７５と、３端子レギュレータ７３とから成る電源出力回路を備え、動作時に出力線路ＯＬに電圧Ｖｃを出力する。定電圧制御手段７７には、動作電圧Ｖｄが供給される。この電圧Ｖｄは、特に、起動時において、後述する回路動作トリガ手段１００、または第１の整流平滑回路（入力電源回路）１０から後述するトリガスイッチ回路８０を介してトリガ電圧として過渡的に供給され、起動後は定電圧電源７０自身で発生する電圧を動作電圧Ｖｄとして使用する。

定電圧制御手段７７には、動作電圧供給回路から動作電圧Ｖｄが供給される。しかし、充電開始時には定電圧電源７０は動作しておらず、動作電圧Ｖｄも発生しないため、後述する回路動作トリガ手段（トリガ電圧電源）１００、または第１の整流平滑回路（入力電源回路）１０から後述するトリガスイッチ回路８０を介して定電圧制御手段７７に電圧が印加され、定電圧電源７０の起動を行う。

定電圧制御手段７７は、その動作電源Ｖｄとして回路動作トリガ手段１００もしくはトリガスイッチ回路８０から電圧が一旦供給されれば、コンデンサ７４の両端電圧が所定の電圧となるよう定電圧信号伝達手段７６により伝達された電圧をもとに、トランジスタ７２をスイッチング動作させるように制御を開始する。

スイッチングトランジスタ７２によって、一旦スイッチング動作が開始されると、トランス７１の補助コイル７１１側に形成された整流ダイオード７９及び平滑コンデンサ７８から成る動作電圧供給回路よって動作電源Ｖｄが帰還されるので、回路動作トリガ手段１００、または第１の整流平滑回路（入力電源回路）１０からトリガスイッチ回路８０を介して供給されるトリガ電圧の印加を停止しても、定電圧制御手段７７はトランジスタ７２をスイッチング動作させる。

一方、トランス７１の２次コイル側のダイオード７１０を通して整流された電圧が定電圧信号伝達手段７６を介して定電圧制御手段７７に帰還され、定電圧制御手段７７の出力電圧が所定のパルス幅を持つように制御され、これに基づくスイッチングトランジスタ７２のスイッチング動作により、整流ダイオード７１０と、平滑コンデンサ７４及び７５と、３端子レギュレータ７３とから成るトランス７１の２次コイル側電源出力回路は、その出力線路ＯＬに所定の定電圧Ｖｃを出力する。この電圧Ｖｃは、例えば、５Ｖの電圧である。

本発明に従って、定電圧電源７０の出力線路ＯＬにおける出力電圧Ｖｃは、動作電源電圧またはバイアス電圧として、マイコン５０、充電電流制御手段６０、及び電池温度検出手段９０等に供給される。定電圧電源７０の出力線路ＯＬにはリセットＩＣ８が接続されている。定電圧電源７０より、出力線路ＯＬを通してマイコン５０に動作電源電圧Ｖｃが供給されると、リセットＩＣ８がリセット信号をマイコン５０の入力ポート５７に出力し、マイコン５０を初期状態にリセットする。

この定電圧電源７０の定電圧制御手段７７には、マイコン５０の出力ポート５６ｂから出力されるオートパワーオフ信号がオートパワーオフ信号伝達手段９を介して入力される。被充電電池２が満充電となって充電装置から電池パック２が取り外されたとき、マイコン５０よりオートパワーオフ信号が定電圧制御手段７７に入力される。その結果、定電圧電源７０の定電圧出力動作が停止され、マイコン５０の動作電源（Ｖｃ）の供給も停止されて、充電装置全体の動作が完全に停止状態となる。

本発明に従って、定電圧電源７０に関連してトリガスイッチ回路８０が設けられる。トリガスイッチ回路８０は、スイッチ８１及び抵抗８２の直列回路から成り、定電圧制御手段７７の電源Ｖｄとしてトリガ電圧を過渡的に供給するものである。通常、スイッチ８１は外部よりオンされない限りオフとなっている。即ち、スイッチ８１はノーマルオープンスイッチで、定電圧制御手段７７にトリガ電圧Ｖｄを過渡的に供給して定電圧電源７０を起動したいときに、スイッチ８１は一時的にオンされる。

本発明に従って、定電圧電源７０に関連して、他のトリガ発生手段である回路動作トリガ手段１００が設けられる。回路動作トリガ手段１００は、トランス１０１と、トランス１０１の１次コイル側に接続されたトランジスタ１０２及び定電圧制御手段１０４と、トランス１０１の２次コイル側に接続された整流ダイオード１０５及び平滑コンデンサ１０６から成る整流回路と、整流ダイオード１０５の出力電圧を定電圧制御手段１０４に帰還させる帰還電圧伝達手段１０３とを備える。この回路動作トリガ手段１００はトリガ電圧電源を構成する。

定電圧制御手段１０４は、上記定電圧制御手段７７と同様に、パルス発生回路により構成される。定電圧制御手段１０４及びスイッチングトランジスタ１０２の動作電源電圧は、被充電電池（電池パック）２が充電装置に実装されたとき、被充電電池２の残電圧Ｖａによって供給される。即ち、定電圧制御手段１０４は、被充電電池２の残エネルギで動作を開始し、平滑コンデンサ１０６の両端電圧が所定の電圧Ｖｂとなるように、帰還電圧伝達手段１０３により帰還された電圧に基づいて、発生パルス電圧の、例えば、パルス幅を制御し、トランジスタ１０２をスイッチング動作させる。これにより、回路動作トリガ手段１００のコンデンサ１０６の両端には、定電圧Ｖｂを出力する。つまり、回路動作トリガ手段１００は被充電電池２の残電圧を所定の電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ方式で構成している。

更に、定電圧制御手段１０４は、マイコン５０の出力ポート５６ｂの停止信号により、トランジスタ１０２のスイッチング動作を停止させて、回路動作トリガ手段１００の出力電圧を零または遮断する機能を有する。

本発明に従って、回路動作トリガ手段１００の出力電圧Ｖｂは、トリガ供給手段７を介して定電圧制御手段７７にトリガ電圧Ｖｄとして一時的に供給される。本発明の実施形態では、このトリガ供給手段７はダイオードで構成している。ダイオード７を使用する有利な点は、上記定電圧制御手段７７の起動時に、ダイオード７は導通してトリガ電圧Ｖｂを定電圧制御手段７７に供給するが、上記定電圧制御手段７７が定常動作状態で動作するようになって、ダイオード７９による帰還電圧Ｖｄが起動初期のトリガ電圧Ｖｂより高い電圧になると、ダイオード７９は逆バイアスされた状態となり、非導通状態となる。その結果、ダイオード７９は、上記定電圧制御手段７７の定常動作状態において、回路動作トリガ手段１００を定電圧電源７０から電気的に分離する機能を有する。即ち、ダイオード７は、回路動作トリガ手段１００の出力電圧Ｖｂを、定電圧制御手段７７に、過渡的なトリガ電圧Ｖｄとして供給する機能を有する。

被充電電池２を充電装置に実装して充電動作を開始するとき、回路動作トリガ手段１００がトリガ電圧Ｖｂを定電圧制御手段７７に過渡的に供給して定電圧電源７０を起動させれば、その後の回路動作トリガ手段１００の動作は不要となる。充電中、回路動作トリガ手段１００の動作が継続しても充電動作には影響を与えないが、不要な電力を消費してしまう。本発明に従えば、上述したように、定電圧電源７０が起動した後、マイコン５０の出力ポート５６ｂより定電圧制御手段１０４に停止信号が送信される。これにより、トランジスタ１０２のスイッチング動作が停止して、回路動作トリガ手段１００の出力電圧Ｖｂが零または遮断され、低消費電力化が図れる。

上記実施形態では、定電圧電源７０に対するトリガ供給手段を、回路動作トリガ手段１００の出力電圧Ｖｂからダイオード７を介して供給する場合と、充電電源供給手段１０、２０及び３０の入力電源１０からトリガスイッチ回路８０を介して供給する場合の２つの回路系統を具備した充電装置について説明したが、専ら被充電電池２の残電圧（残エネルギ）を利用して定電圧電源７０を起動する場合は、上記トリガスイッチ回路８０の装着は不要である。また、逆に、被充電電池２の残電圧（残エネルギ）を利用できないものを専用に充電する場合は、回路動作トリガ手段１００の装着が不要となる。上記実施形態では、被充電電池２の残電圧（残エネルギ）を利用する場合と、残電圧が利用できない場合（残電圧が実質的に零の場合）との両者に適用できる点で有利となる。

上記実施形態では、交流電源１の整流回路側の回路系統と、被充電電池２側の回路系統とを絶縁する回路構成とするために、回路動作トリガ手段１００はトランス１０１を使用した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ方式で構成したが、これに限定されるものではない。例えば絶縁の目的が必要なければ非絶縁型の簡易ＤＣ−ＤＣコンバータ方式でもよく、また、トリガ電圧Ｖｄとして所定の電圧に変換する必要がなければ、特別な回路動作トリガ手段１００を装着することなく、被充電電池２の電池電圧（残電圧）をそのまま出力電圧としてもよい。いずれの場合も、上記したようなダイオード７を通してトリガ電圧Ｖｂを供給すれば、定常動作状態で定電圧制御手段７７の動作電源電圧ＶｄがＶｄ＞Ｖｂとなり、ダイオード７は非導通状態となる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータまたは被充電電池２は、定電圧電源７０より電気的に分離される。

モニタ回路１２０は、使用者に充電装置の動作状況、即ち、充電中であるか否か、または充電を完了したか否か等を表示するために設けられたものである。このモニタ回路１２０は、表示素子として、赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２３及び緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２４を備え、更に、発光ダイオード１２３及び１２４の電流をそれぞれ制限する抵抗１２２及び１２１を具備する。赤色発光ダイオード１２３及び緑色発光ダイオード１２４の点灯は、充電装置の動作状況に応答するマイコン５０の出力ポート５６ｃの出力によって制御される。例えば、「充電中」は緑色発光ダイオード１２４を点灯させ、「充電完了」は赤色発光ダイオード１２３を点灯させる。更に、充電開始時に被充電電池２の残電圧が低いために充電装置が動作しないものは、両者の発光ダイオード１２３及び１２４を点灯しないようにする。特に、両者の発光ダイオード１２３及び１２４が点灯しない場合、後述するように、使用者は、トリガスイッチ回路８０のノーマルオープンスイッチ８１を一時的にオンさせることによって、充電装置を起動することができる。このように、モニタ回路１２０によって使用者は充電装置の動作状態を把握することができる。このモニタ回路１２０はＬＥＤ以外の他の表示装置を使用して構成してもよい。

図２は、図１に示した充電装置について、使用者の操作及び充電装置の動作をフローチャートとして示したものである。図２に示したフローチャートを参照して、充電装置の動作例を以下に説明する。

まず、充電装置を交流電源１に接続する。充電装置に交流電源１を投入しても、トリガスイッチ回路８０はノーマルオープン状態にあるので、定電圧制御手段７７にはトリガ電圧が印加されず、起動しない。従って、定電圧電源７０は動作せず、その出力線路ＯＬに電源電圧Ｖｃを発生しない。

ステップＳ１０１において、交流電源１に接続した充電装置に被充電電池（電池パック）２を接続する。

ステップＳ１０２において、使用者はモニタ（１２０）の表示を見て被充電電池２に所定値以上の電圧（残電圧）が存在するか否かを判断する。

ステップＳ１０２において、被充電電池２に残電圧が有れば（ＹＥＳの場合）、回路動作トリガ手段１００が、電池２の接続と同時に動作し、電源電圧Ｖｂを出力し、トリガ供給手段（ダイオード）７を介して定電圧制御手段７７の電源電圧Ｖｄを過渡的に供給し定電圧電源７０の動作を開始させる。一旦、定電圧電源７０が起動し、定常動作が開始されれば、定電圧制御手段７７の電源電圧Ｖｄは、トランス７１の巻線７１１よりダイオード７９、平滑コンデンサ７８を介して供給され、トリガ電圧Ｖｂより高い電圧となる。このような定常動作状態では、上述したように、定電圧制御手段７７の電源電圧Ｖｄがトリガ電圧Ｖｂより高くなり、回路動作トリガ手段１００からのトリガ電圧Ｖｂの供給は不要となる。定電圧電源７０は、定常動作状態となって、マイコン５０、充電電流制御回路手段６０、リセットＩＣ８等に電源電圧Ｖｃを供給する。この電源電圧（Ｖｃ）の供給と同時に、リセットＩＣ８よりリセット信号が入力ポート５７に入力され、マイコン５０はＲＯＭ５２内の充電プログラムに従って、動作を開始する。

上記ステップＳ１０２において、もし使用者がモニタ１２０の発光ダイオード１２３及び１２４の発光表示を見て、被充電電池２の残電圧による充電動作が開始されていないと判断した場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１０３へ進み、トリガスイッチ回路８０のスイッチ８１を一時的にオンする。スイッチ８１をオンすれば、整流平滑回路１０から、スイッチ８１、抵抗８２を介して、定電圧制御手段７７に起動電圧Ｖｄが供給され、上述した電池パック２の残電圧による起動と同様に、定電圧電源７０が動作を開始する。一旦定電圧電源７０の動作が開始されれば、定電圧制御手段７７の電源Ｖｄは、トランス７１のコイル７１１よりダイオード７９、平滑コンデンサ７８を介して供給され、定電圧電源７０は定常動作状態となり、出力線路ＯＬに電圧Ｖｃを出力する。

次いで、ステップＳ１０４に進み、既に電源電圧Ｖｃが供給されたマイコン５０は、出力ポート５６ｂより回路動作トリガ手段１００の定電圧制御手段１０４に動作停止信号を出力し、定電圧制御手段１０４の動作を停止させると共に、回路動作トリガ手段１００の動作を停止する。これによって、動作が不要となった回路動作トリガ手段１００の無駄な消費電力を無くすことができる。

ステップＳ１０５において、所定の充電電流での充電を開始するために、マイコン５０は、その出力ポート５６ａより制御信号を出力して、充電電流設定手段６に充電電流を設定するための基準電圧を与える。

ステップＳ１０６において、マイコン５０の出力ポート５６ａより所定の充電電流によって充電を開始させる充電開始信号を出力し、充電制御信号伝達手段４を介して、その充電開始信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３へ入力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作状態にすることによって所定の充電電流による充電を開始する。このとき、充電電流設定手段６は与えられた充電電流設定基準電圧により演算増幅器６２を制御し、充電電流制御回路手段６０は、演算増幅器６２に供給された基準電圧に従って、被充電電池２の充電電流を所定値に制御する。また、充電の開始と同時に、被充電電池２に流れる充電電流を電流検出手段３によって検出し、この充電電流に対応する検出電圧と充電電流設定基準値との差信号を、充電電流制御手段６０によって増幅し、信号伝達手段５を介して、ＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する。これによって、差信号の大きさに応じてＰＷＭ制御ＩＣ２３が発生する駆動パルス信号のパルス幅を変調する。その結果、スイッチング素子２２は、被充電電池２の充電電流が大きい場合、狭いパルス幅のパルス電圧（または電流）を、逆に、その充電電流が小さい場合、広いパルス幅のパルス電圧（または電流）を高周波トランス２１に供給し、整流平滑回路３０によってそのパルス電圧を平滑し、被充電電池２の充電電流を一定に保持する。即ち、電流検出手段３、充電電流制御手段６０、信号伝達手段５、スイッチング回路２０、及び整流平滑回路３０は、帰還回路を構成し、電池パック２の充電電流が所定値になるように制御する。

充電の開始後、ステップＳ１０７に進み、マイコン５０は、電池電圧検出手段４０で検出した充電中の電池電圧、及び電池温度検出手段９０で検出した電池温度等のデータを一定時間で取り込むためにサンプリングタイマをスタートさせる。

ステップＳ１０８において、ステップＳ１０７でスタートさせたサンプリングタイマが所定時間経過したか否か判別する。ＹＥＳの場合、即ち、所定時間経過したと判断した場合、ステップＳ１０９で再度サンプリングタイマをスタートさせる。

次いで、ステップＳ１１０において、感温素子２Ｂからの電圧を電池温度検出手段９０の分圧用抵抗９１及び９２で分圧し、その分圧値をＡ／Ｄコンバータ５５によってＡ／Ｄ変換し、電池温度をマイコン５０に取り込む。

更に、ステップＳ１１１に進み、電池パック２の充電中の電池電圧を、電池電圧検出手段４０の分圧用抵抗４１及び４２で分圧し、その分圧値をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池電圧をマイコン５０に取り込む。ここで取り込まれた電池温度及び電池電圧は、マイコン５０のＲＡＭ５３に、サンプリング時間ごとに記憶され、次のステップ１１５の満充電処理に用いられる。

ステップＳ１１２において、電池パック２は満充電されたか否かを判別する。満充電の判別法については、周知の種々の検出方法が採用できる。例えば、電池電圧検出手段４０の出力に基づいて電池電圧が充電終了時のピーク電圧から所定量降下したことを検出して充電を制御する、周知の「−ΔＶ検出」方式を採用できる。また、他の方式として、電池電圧がピークに達する前に充電を停止させるために、電池電圧の変化を時間による２階微分値を求め、その値が負になるのを検出して充電を制御する「２階微分検出」方式や、電池温度検出手段９０の出力に基づいて充電開始からの組電池２の温度上昇率を検出し、所定の温度上昇率以上になるのを検出して充電を制御する「ΔＴ検出」方式を採用できる。なお、充電時の所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）を検出し、その温度上昇率が所定値以上になるのを検出して充電を制御する「ｄＴ／ｄｔ検出」方式については、例えば、特開昭６２−１９３５１８号公報、特開平２−２４６７３９号公報、実開平３−３４６３８号公報及び特開２００１−１６９４７３号公報等に記載されており、それらの技術を本発明に採用できる。

ステップＳ１１２において、電池パック２が満充電と判別されれば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１１３に進み、マイコン５０は、出力ポート５６ｂより充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達し、充電を停止させる。

次いで、ステップＳ１１４へ進み、電池パック２が充電装置より取り外されたか否かを判別する。電池が取り外されたことは、例えば、電池電圧検出手段４０または電池温度検出手段９０によって検出することができる。

電池パック２の取り出しを判別したら、ステップＳ１１５へ進み、マイコン５０は、出力ポート５６ｂよりオートパワーオフ信号伝達手段９を介して、定電圧制御手段７７の動作を停止する。定電圧制御手段７７が停止すると、定電圧電源７０の動作も停止し、その出力線路ＯＬの出力電圧Ｖｃは零となる。従って、定電圧電源７０の出力を電源（Ｖｃ）とするマイコン５０、充電電流制御手段６０、電池温度検出手段９０等の動作が完全に停止する。また、トランス７１の巻線７１１に発生する電圧も無くなり、定電圧制御手段７７への電源供給が停止する。即ち、充電装置の動作を停止し、消費電力を著しく低減させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、充電装置の動作が完全に停止状態にある場合、即ち充電装置の待機消費電力が零の状態にある場合、被充電電池である電池パックの残エネルギで待機状態から通常動作状態に回復させて充電を行い、充電が完了し、その電池パックを充電装置から取り出せば、再び充電装置の動作が停止して待機消費電力を零の状態とすることができる。また、本発明によれば、稀に、残エネルギが完全に零の電池パックを充電する場合においては、簡単なスイッチ回路により充電装置の待機状態から通常動作状態に回復させることができる。結果的に待機消費電力を著しく低減させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明に係る充電装置の一実施形態を示すブロック回路図。 本発明に係る充電装置の一実施形態の動作フローチャート。

符号の説明

１：入力商用電源 ２：被充電電池（組電池または電池パック）
２Ａ：素電池（セル） ２Ｂ：感温素子（サーミスタ素子）
３：電流検出手段（低抵抗素子） ４：充電制御信号伝達手段
５：充電電流信号伝達手段 ６：充電電流設定手段
７：トリガ供給手段（ダイオード） ８：リセットＩＣ
９：オートパワーオフ信号伝達手段 １０：第１の整流平滑回路
１１：全波整流回路 １２：平滑用コンデンサ
２０：スイッチング回路 ２１：高周波トランス（降圧用トランス）
２２：ＭＯＳＦＥＴ（スイッチングトランジスタ）
２３：ＰＷＭ制御ＩＣ（駆動信号制御手段）
３０：第２の整流平滑回路 ３１、３２：整流用ダイオード
３３：チョークコイル ３４：平滑用コンデンサ
４０：電池電圧検出手段 ４１、４２：分圧用抵抗
５０：マイクロコンピュータ（主制御手段）（充電制御手段の一部を構成）
５１：中央処理装置（ＣＰＵ） ５２：ＲＯＭ ５３：ＲＡＭ
５４：タイマ ５５：Ａ／Ｄコンバータ ５６ａ：出力ポート
５６ｂ：出力ポート ５７：リセット入力ポート ５８：内部バス（ＢＵＳ）
６０：充電電流制御手段（充電制御手段の一部を構成）
６１、６２：演算増幅器 ６３、６５：演算増幅器の入力用抵抗
６４、６６：演算増幅器の帰還用抵抗 ７０：定電圧電源 ７１：トランス
７２：スッチングトランジスタ ７３：３端子レギュレータ
７４、７５：平滑コンデンサ ７６：定電圧信号伝達手段
７７：定電圧制御手段（ベース駆動制御手段） ７８：平滑コンデンサ
７９：整流ダイオード ７１１：トランス７１の補助コイル
８０：トリガスイッチ回路 ８１：ノーマルオープンスイッチ
８２：抵抗 ９０：電池温度検出手段 ９１、９２：分圧用抵抗
１００：回路動作トリガ手段（トリガ電圧電源） １０１：トランス
１０２：スイッチングトランジスタ １０３：帰還電圧伝達手段
１０４：定電圧制御手段 １０５：整流ダイオード
１０６：平滑コンデンサ １２０：モニタ回路
１２１、１２２：発光ダイオードの電流制限抵抗
１２３：赤色発光ダイオード １２４：緑色発光ダイオード
ＯＬ：定電圧電源の出力線路

Claims (13)

1. 入力電源に接続されて被充電電池を充電する充電電源供給手段と、
   被充電電池の充電を制御する充電制御手段と、
   前記充電制御手段を駆動する定電圧電源と、
   を備える電池の充電装置であって、
   前記充電制御手段は、被充電電池が前記充電装置から取り外されたとき、前記定電圧電源の出力を停止させることを特徴とする電池の充電装置。
2. 前記定電圧電源は、被充電電池が充電装置に接続されたとき、被充電電池の残電圧により回路動作トリガ手段を介して起動することを特徴とする請求項１に記載された電池の充電装置。
3. 前記回路動作トリガ手段は、ダイオードを介して前記定電圧電源に接続されていることを特徴とする請求項２に記載された電池の充電装置。
4. 前記回路動作トリガ手段は、前記定電圧電源が起動した後、前記充電制御手段によって出力を停止させられることを特徴とする請求項２または３に記載された電池の充電装置。
5. 前記定電圧電源は、前記充電電源供給手段の入力電源よりスイッチを介して起動することを特徴とする請求項１に記載された電池の充電装置。
6. 前記充電制御手段は、マイクロコンピュータを含み、該マイクロコンピュータの入力ポートに被充電電池の検出電圧を入力し、該マイクロコンピュータの出力ポートより前記定電圧電源の動作を停止させる制御信号を出力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
7. 入力電源と、
   前記入力電源に接続され、被充電電池に電圧及び充電電流を供給する充電電源供給手段と、
   前記充電電源供給手段に電気的接続され、被充電電池に供給する充電電流を設定値に従って制御する充電電流制御手段と、
   被充電電池の充電開始から充電停止までの間、前記充電電源供給手段及び前記充電電流制御手段を制御する制御信号を供給する主制御手段と、
   前記主制御手段を駆動する定電圧電源とを備え、
   前記主制御手段は、被充電電池が前記充電電源供給手段に接続されていないとき、前記定電圧電源の出力電圧を停止させることにより、該主制御手段への動作電源の供給を停止させることを特徴とする電池の充電装置。
8. 前記定電圧電源は、充電開始前の被充電電池の残電圧に基づいて前記定電圧電源の起動を制御する回路動作トリガ手段により起動することを特徴とする請求項７に記載された電池の充電装置。
9. 前記定電圧電源は、前記充電電源供給手段の入力電源よりスイッチを介して起動することを特徴とする請求項７に記載された電池の充電装置。
10. 前記主制御手段は、前記回路動作トリガ手段の出力により前記定電圧電源が起動した後、前記回路動作トリガ手段を停止させることを特徴とする請求項８に記載された電池の充電装置。
11. 前記主制御手段は、マイクロコンピュータから成り、該マイクロコンピュータの入力ポートに被充電電池の検出電圧を入力し、該マイクロコンピュータの出力ポートより前記定電圧電源の動作を停止させる制御信号を出力することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
12. 前記入力電源は交流電源より整流回路を介して整流した電源であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
13. 前記充電電源供給手段はスイッチング電源より成り、該スイッチング電源の入力電源は整流回路より成ることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
    

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