JP2007074897A - Charger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池を充電するための充電器に関する。 The present invention relates to a charger for charging a battery.
電池を充電するための充電器において、充電電流のパターン（充電電流の大きさ、充電時間、充電電流の時間に伴う変化の仕方）の異なる２通りの充電モードを準備しておき、充電を行う際に電池の電圧と電池の周囲温度とを検出し、電池の周囲温度に応じて設定される設定電圧よりも検出電圧が低いか否かに応じて、２通りの充電モードを切り替えるように構成したものが知られている（特許文献１）。この従来技術は、電池の温度に依存した充電モードの切替を行うことにより、電池寿命の低下の防止を図っている。
しかしながら、ユーザは一方で、電池寿命への影響を考慮すれば望ましくはなくとも、急速に充電を行いたい場合があり、他方では電池寿命にとってより望ましい低い充電電流で長時間を掛けて充電を行っても支障がない場合がある。更に、電池を長期間にわたって不使用状態のまま放置した場合には、活性化を図るために、低い充電電流で長時間を掛けて充電を行うことにより、電池を過充電状態にするのが望ましい。したがって、多様な充電モードの間で、ユーザが必要に応じて何れかのモードを選択できるようにした充電器の出現が望まれていた。 However, on the one hand, users may want to charge quickly, if not considering the impact on battery life, while on the other hand they charge for a long time with a lower charging current, which is more desirable for battery life. There may be no problem. Furthermore, when the battery is left unused for a long period of time, it is desirable that the battery be overcharged by charging for a long time with a low charging current in order to activate. . Therefore, there has been a demand for the appearance of a charger that allows a user to select one of the various charging modes as necessary.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、多様な充電モードの間で、ユーザが何れかのモードを選択することを可能にした充電器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a charger that allows a user to select any mode among various charging modes.
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明に係る解決手段は、電池を充電するための充電器であって、前記電池に充電電流を供給するための電源手段と、ユーザの指示に応じて、前記充電電流のパターンが異なる少なくとも３つの充電モードのうちの何れかを選択するモード切替手段と、前記モード切替手段が選択した充電モードに従って前記電源手段が出力する前記充電電流を制御する充電電流制御手段と、を備え、前記少なくとも３つの充電モードは、前記電池を過充電する少なくとも１つの充電モードと、前記電池を過充電しない少なくとも２つの充電モードと、を含み、前記モード切替手段は、前記充電器の電源が投入されたときに、前記少なくとも３つの充電モードのうち、予め定められた一つのモードを初期設定モードとして選択することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems and achieve the above object, the solution means according to the present invention is a charger for charging a battery, and a power supply means for supplying a charging current to the battery, and a user instruction And a mode switching means for selecting one of at least three charging modes having different charging current patterns, and controlling the charging current output by the power supply means according to the charging mode selected by the mode switching means. Charging current control means, and the at least three charging modes include at least one charging mode for overcharging the battery and at least two charging modes for not overcharging the battery, and the mode switching The means sets an initial setting mode to one of the at least three charging modes when the charger is turned on. It is characterized in that selected as.
好ましくは、前記予め定められた一つのモードは、電池を過充電しない前記少なくとも２つの充電モードのうちの何れかである。 Preferably, the predetermined one mode is one of the at least two charging modes in which the battery is not overcharged.
又、好ましくは、電池を過充電しない前記少なくとも２つの充電モードは、充電開始から終了までの充電電流の平均値の低い低レート充電モードと、前記平均値の高い高レート充電モードとを含む。 Preferably, the at least two charging modes that do not overcharge the battery include a low rate charging mode with a low average value of charging current from the start to the end of charging and a high rate charging mode with a high average value.
好ましくは、前記低レート充電モードは、充電開始後の初期に充電電流の立ち上げを待つ冷却期間を有する。 Preferably, the low-rate charging mode has a cooling period in which the rising of the charging current is waited for at an early stage after the start of charging.
このように構成される本発明の充電器は、ユーザが電池の活性化を含めた多様な充電モードを選択することを可能にする。それにより、ユーザは単一の充電器を用いて、所望する多様な充電モードで充電を行うことができる。このため、ユーザは多種類の充電器を準備するコストを節減することもできる。 The charger of the present invention configured as described above allows the user to select various charging modes including battery activation. Thereby, the user can perform charging in various desired charging modes using a single charger. For this reason, the user can also reduce the cost of preparing various types of chargers.
（充電器の構成）
図１は、本発明の実施形態による充電器及び当該充電器に好適な電池の外観の概略図である。この充電器３が充電対象とする電池は、図１（ａ）が示すように電気器具１００（図１（ａ）では電動工具を例示している）の本体部２に装着して使用されるとともに、図１（ｂ）が示すように脱着後にそのまま充電器３に装着することにより充電が可能に構成された電池パック１の形態を採る。但し、一般に本発明の充電器が充電対象とする電池は、電池パック１の形態のものに限られない。電池パック１が内蔵する電池は、例えばニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などである。電池電圧は、１２Ｖ、１８Ｖ、２４Ｖなど様々であり得る。
(Configuration of charger)
FIG. 1 is a schematic view of an external appearance of a charger according to an embodiment of the present invention and a battery suitable for the charger. The battery to be charged by the
図１に例示する電池パック１は、電池を保持する本体部１１と、電気器具本体部２及び充電器３との電気的接続を確立するためのコネクタ部９とを有している。充電器３には開口部を有するコネクタ部１３が設けられており、コネクタ部９をコネクタ部１３へ装着することにより、電池パック１と充電器３との間の電気的接続が確立される。充電器３は、充電電流のパターンが異なる少なくとも３つの充電モードを準備している。
The
充電器３が準備する充電モードは、急速充電モード（高レート充電モード）、低レート充電モード、及び電池活性化過充電モードを含んでいる。急速充電モードは、大きい充電電流により短時間で充電を完了させるモードであり、低レート充電モードは、急速充電モードに比べて小さい充電電流で長い時間を掛けて充電を完了させるモードである。これに対して、電池活性化過充電モードは、低レート充電モードと同様に、小さい充電電流で、かつ電池が過充電になるほど長時間を掛けて充電を行うモードである。電池活性化過充電モードは、既述の通り、長期間にわたって不使用状態のまま放置された電池の活性化を図るためのモードである。また、急速充電モード及び低レート充電モードは何れも、電池が過充電にならない限度で充電を完了する。特に、低レート充電モードは小電流で充電を行うため、短時間に充電を完了する緊急性がない場合には、このモードを使用するのが電池寿命を長く維持する上で望ましい。すなわち、低レート充電モードは、電池寿命を重視した充電モードである。
The charging modes prepared by the
電池活性化過充電モードとして、充電電流のパターンの異なる複数のモードを準備することも可能である。例えば、電池活性化過充電モードとして、小さい充電電流で長時間を掛けて過充電を完了するモードと、それよりも大きい充電電流で短時間で過充電を完了するモードとの２段階のモードを準備しても良い。また、過充電にならない充電モードとして、３通り以上のモードを準備することも可能である。例えば、過充電にならない充電モードとして、急速充電モード、低レート充電モードに加えて、それらの中間の大きさの充電電流により中間の時間で充電を完了する第３のモードを準備しても良い。図１以下の図面に例示する充電器３は、急速充電モード、低レート充電モード、及び電池活性化過充電モードの３通りの充電モードを準備しているものとする。充電器３の外部に露出して設けられる切替スイッチ５を操作することにより、ユーザは３通りの充電モードのうちの所望する何れかを任意に選択することができる。すなわち、充電器３は、多様な充電モードの間でユーザが任意のモードを選択することが可能なように構成されている。なお、充電器３が動作するための電力は、例えばＡＣ１００Ｖの電源線７を通じて供給される。
It is also possible to prepare a plurality of modes having different charging current patterns as the battery activation overcharge mode. For example, as a battery activation overcharge mode, there are two stages: a mode in which overcharge is completed by taking a long time with a small charge current, and a mode in which overcharge is completed in a short time with a larger charge current. You may prepare. Moreover, it is also possible to prepare three or more modes as charging modes that do not cause overcharging. For example, in addition to the quick charge mode and the low rate charge mode, as a charge mode that does not cause overcharge, a third mode may be prepared in which charging is completed in an intermediate time with an intermediate charge current. . It is assumed that the
電池パック１及び充電器３は、より詳細には、例えば図２のような外観を有している。この例では、電池パック１のコネクタ部９は本体部１１から突起した形状をなしており、電極１５，１７，１９，２１がその側面に露出するように配設されている。充電器３が有するコネクタ部１３は、コネクタ部９が挿入可能な凹部をなしており、その内側面には電極１５，１７，１９，２１と接触することにより電気的接続を図る電極２５，２６，２７，２９，３１が配設されている。例えば、電極１７，３１は正の充電電極、電極１５，２５，２６は負の充電電極、電極１９，２９は温度検出信号を伝える電極、そして電極２１，２７は、電池パック１が充電器３へ装着されたことを検知するための電極である。電池パック１が充電器３へ装着されていなければ、充電器３は充電不可となり、装着されておれば充電可能となる。電極１５のうち電極１５ａの部分と電極１５ｂの部分とは、それぞれ電極２５と２６とに接続される。例えば、電池パック１が大容量（電池の容量は、アンペア・時間で表現される）の電池であれば、電極１５ａと１５ｂのいずれもが設けられ、小容量の電池であれば電極１５ａのみが設けられる（電極１５ｂを絶縁部材で覆う形態をも含む）。電極２６は、電極１５ｂが設けられているか否かを検出することができ、それにより電池パック１の電池容量を検出することができる。
More specifically, the
電池パック１と充電器３とには、それらが結合したときに互いに対向する表面上の位置に、例えばスリット状の通気孔２３，３３が設けられている。充電器３は冷却ファン（不図示）を内蔵しており、この冷却ファンが作り出す空気の流れが、通気孔２３，３３を通じて充電中の電池パック１内の電池（不図示）にも供給されるようになっている。充電器３の表面には表示器３５が設けられている。この表示器３５は、３通りの充電モードのうち現在選択されているモードを表示する。表示器３５と同じ上面に設けられている切替スイッチ５は、例えばトグル型であって、ユーザが１回押す毎に、３通りの充電モードが循環的に切り替わる。
The
図３は、充電器３の構成を示すブロック図である。図３（ａ）は、充電器３のハードウェア構成を示しており、図３（ｂ）は充電器のマイクロコンピュータの構成を機能に基づいて展開して示している。図３（ａ）が示すように、充電器３は、電源部３７、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と適宜略記する）３８、電流検出部３９、抵抗器４０、及び電池電圧検出部４１を備えている。電源部３７は、例えばＡＣ−ＤＣコンバータとして構成され、マイコン３８が出力する指示値に応じてパルスのデューティ比を設定する駆動部４４と、設定されたデューティ比でスイッチング動作することにより指示値に応じた直流の充電電流Ｉを生成する出力部４５とを有している。電流検出部３９は、充電電流Ｉを抵抗器４０の電圧降下を通じて検出する。電池電圧検出部４１は、電極２７と電極２５との間の電圧を計測することにより、装着される電池パック１に内蔵される電池の電圧を検出する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
マイコン３８は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理部）、メモリ等を備えており、ＣＰＵの動作を規定するプログラムがメモリに搭載されることにより、図３（ｂ）に示す各種の装置要素を等価的に構成する。すなわち、マイコン３８は、充電電流制御部５０、モード切替部５１、過充電モードデータ記憶部５２、低レート充電モードデータ記憶部５３、急速充電モードデータ記憶部５４、モード記憶部５５、電流積算部５６、及び時間計測部５７を備えている。
The
モードデータ記憶部５２、５３、５４は、例えば不揮発性の半導体メモリを有し、３通りの充電モードに対応する充電電流のパターンを記憶する。モード記憶部５５は、例えば不揮発性で書き換え可能な半導体メモリを有し、現在選択されている充電モード（以下、「現在モード」と適宜略記する）を記憶する。モード切替部５１は、モードデータ記憶部５２、５３、５４に記憶される充電電流パターンのうちの一つを、切替スイッチ５の操作、モード記憶部５５が記憶する現在モード等に応じて選択し、充電電流制御部５０へ伝える。充電電流制御部５０は、モード切替部５１が伝える充電電流パターン、電流検出部３９が検出する充電電流Ｉ等に基づいて、充電電流Ｉの指示値を駆動部４４へ伝える。時間計測部５７は、充電開始後の時間を計測する装置要素である。充電電流制御部５０は、時間計測部５７が計測する時間を参照しつつ、モード切替部５１が伝える充電電流パターン等に応じて時間とともに変化する充電電流Ｉの指示値を生成する。
The mode
電流積算部５６は、電流検出部３９が検出する充電電流Ｉに基づいて、充電開始から現在までの充電電流Ｉの積算値を算出する。充電回数信号入力部６０は、電池パック１が充電回数を記憶する機能を有する場合に、充電回数（ここでは充電回数を表現する信号を意味する；本明細書では記載の煩雑化を避けるために、情報、量、数値等とそれらを表現する信号とを適宜同一名称で記載する）を受信する装置要素であり、電極２９を有している。電池温度検出信号入力部６１は、電池パック１が電池温度を検出する機能を有する場合に、電池温度検出信号を受信する装置要素であり、電極２９を有している。電池容量検出部６２は、電池パック１が内蔵する電池の電池容量を検出する装置要素であり、電極２６を有している。モード選択信号入力部６４は、ユーザが充電モードを選択することを可能にするモード選択スイッチを電池パック１が備える場合に、モード選択スイッチが選択した内容を伝えるモード選択信号を受信する装置要素であり、電極２９を有している。
The current integrating
モード切替部５１は、後述するように充電回数信号入力部６０及びモード選択信号入力部６４からの信号をも参照して充電モードの切替えを行う。また、充電電流制御部５０は、後述するように電流積算部５６、電池温度検出信号６１、電池容量検出部６２及び電池電圧検出部４１からの信号をも参照しつつ充電電流Ｉの指示値を生成する。なお、充電器３は、図３に示した要素のうち、一部のみを備えることにより、一部の機能のみを実現するように構成しても良い。
（初期設定モードの設定例）
既に述べたように、モード記憶部５５はモード切替部５１が選択している現在モードを記憶する。モード記憶部５５は、不揮発性のメモリを有するので、充電器３の電源をオフした（例えば、電源線７のプラグをＡＣ１００Ｖのコンセントから引き抜いた）後も、オフする直前に選択されていた充電モードを記憶する。モード切替部５１は、充電器３の電源が新たに投入されたときに、ユーザによる切替部５１の操作がない間は、デフォルト（初期設定）モードとして、モード記憶部５５が記憶するモード、すなわち過去最終の充電において選択された充電モードを選択する。例えば、前回の充電において急速充電モードを使用した後、ユーザが再び充電器３の電源をオンする（例えば、電源線７のプラグをＡＣ１００Ｖのコンセントへ挿入する）と、表示器３５には急速充電モードが初期設定モードとして表示される。これによりユーザは、充電を行う毎に同一のモード設定を行う煩わしさから解放される。
The mode switching unit 51 switches the charging mode with reference to signals from the charging frequency signal input unit 60 and the mode selection
(Initial setting mode setting example)
As already described, the mode storage unit 55 stores the current mode selected by the mode switching unit 51. Since the mode storage unit 55 has a non-volatile memory, the charging that was selected immediately before turning off even after the power of the
初期設定の別の例として、モード切替部５１は、予め定められた充電モードを初期設定モードとして選択しても良い。それにより、モード記憶部５５に現在モードを記憶させる処理を節減することができる。例えば、モード切替部５１は、電池寿命にとって好ましい低レート充電モードを初期設定モードとして設定しても良い。或いは、短時間で充電が完了する急速充電モードを初期設定モードとして設定しても良い。低レート充電モードを頻用するユーザは、気の長い性格であるとも考えられるので、低レート充電モードを使用するために操作を要してもさほどには問題がない。例えば、モード記憶部５５に低レート充電モードを記憶させておき、モード切替部５１は、電源投入後にモード記憶部５５に記憶される内容を参照することにより、初期設定モードとして常に低レート充電モードを選択することができる。このように初期設定モードが固定される場合には、初期設定モードは、電池活性化過充電モードを避けて設定するのが望ましい。電池活性化過充電モードは電池寿命の観点から頻用を避けるのが望ましいからである。 As another example of the initial setting, the mode switching unit 51 may select a predetermined charging mode as the initial setting mode. Thereby, the process of storing the current mode in the mode storage unit 55 can be saved. For example, the mode switching unit 51 may set a low rate charging mode preferable for battery life as the initial setting mode. Alternatively, a quick charge mode in which charging is completed in a short time may be set as the initial setting mode. A user who frequently uses the low-rate charging mode is considered to have a long-spirited character, so there is no problem even if an operation is required to use the low-rate charging mode. For example, the low rate charging mode is stored in the mode storage unit 55, and the mode switching unit 51 refers to the content stored in the mode storage unit 55 after power-on, so that the low rate charging mode is always set as the initial setting mode. Can be selected. When the initial setting mode is fixed as described above, it is desirable to set the initial setting mode while avoiding the battery activation overcharge mode. This is because it is desirable to avoid frequent use of the battery activated overcharge mode from the viewpoint of battery life.
（充電電流パターンの例）
図４は、充電器３が出力する充電電流Ｉのパターンの一例を示すグラフである。図４（ａ）は、ユーザが急速充電モードを選択した場合を示しており、図４（ｂ）は低レート充電モードを選択した場合を示している。双方のパターンの特徴的な相違点は、充電電流Ｉの平均値が異なる点である。すなわち、急速充電モードは、低レート充電モードに比べて充電電流Ｉの平均値が大きくなるように充電電流Ｉのパターンを設定している。急速充電モードは、平均電流が大きいため、短時間で充電を完了することができる。一方、低レート充電モードは、平均電流が小さいため、充電完了までに長時間を要する反面、電池寿命を長く保ち得るという利点を有する。従って、ユーザは電池寿命を重視するか、作業性を重視するかに応じて、所望のモードを選択することができる。また、ユーザは単一の充電器３を用いて、電池の活性化を含めて、急速充電、低レート充電を任意に選択することができるので、低コストで、作業性重視の要求にも応えつつ、電池の寿命を延ばすことができる。
(Example of charging current pattern)
FIG. 4 is a graph showing an example of a pattern of the charging current I output from the
図４が示す例では、急速充電モードは、充電電流Ｉを、充電開始後の初期には比較的小さく維持し、その後大きい値へ引き上げ、充電完了近くになると小さい値へ引き下げる。一方、低レート充電モードは、充電電流Ｉを、充電開始後から小さい値へ維持し、充電完了近くになると更に小さい値へ引き下げる。これらのパターンは、充電を開始するときには電池が使用直後であって、電池温度が高くなっている場合があるため、初期には充電電流Ｉを小さく保ち、また、充電完了付近でも電池の温度上昇を考慮して充電電流Ｉを引き下げている。いずれのパターンも、それによって可能な限り電池寿命の劣化を抑制する。 In the example shown in FIG. 4, in the quick charge mode, the charging current I is kept relatively small in the initial stage after the start of charging, then is increased to a large value, and is decreased to a small value when the charging is nearly completed. On the other hand, in the low-rate charging mode, the charging current I is maintained at a small value after the start of charging, and is reduced to a smaller value near the completion of charging. In these patterns, when charging starts, the battery is immediately after use and the battery temperature may be high. Therefore, the charging current I is kept small at the initial stage, and the battery temperature rises even near the completion of charging. Is taken into consideration to reduce the charging current I. Both patterns thereby suppress battery life degradation as much as possible.
充電電流Ｉを段階的に切り替える時期は、例えば電池温度検出信号入力部６１が受信する電池温度検出信号にもとづいて、充電電流制御部５０が決定する。すなわち、充電電流制御部５０は、与えられた閾値温度よりも電池温度が高い充電初期には充電電流Ｉを小さくし、電池温度が常温近くにまで下がって閾値温度以下になると、充電電流Ｉを引き上げ、充電完了が近くなって、再び閾値温度を超える電池温度の上昇が検出されると、充電電流Ｉを引き下げる。例えば、急速充電モードは、閾値温度として６０°Ｃを設定し、低レート充電モードは、３０°Ｃを設定する。低レート充電モードでは、充電完了近くになって電池温度が閾値温度を超えることは通常では起こらないので、図４（ｂ）とは異なり、充電電流Ｉは充電完了近くにおいても、引き下げられない場合が通例である。
The timing for switching the charging current I stepwise is determined by the charging
充電完了時期については、充電電流制御部５０は、例えば従来周知のように、電池電圧がピークを超え、ピーク電圧から与えられた基準値だけ電池電圧が低下した時期を、電池が満充電状態に達した時期であるとして、充電完了時期に決定すると良い。このように、充電電流制御部５０が電池電圧検出部４１或いは電池温度検出信号入力部６１からの信号にもとづいて充電電流Ｉを切り替える時期を決定する場合には、モードデータ記憶部５３及び５４は、各段階における充電電流Ｉの値を記憶しておれば足りる。これに対して、充電モード毎に充電電流Ｉを切り替える時期及び／又は充電完了時期を定めておくことも可能である。この場合には、モードデータ記憶部５３及び５４は、充電電流Ｉを切り替える時期及び／又は充電完了時期をも記憶しておくと良い。
As for the charging completion timing, the charging
図５は、低レート充電モードにおける充電電流Ｉのパターンの別の例を示すグラフである。図５が示す例では、充電電流Ｉは充電開始後の初期の期間においてゼロのまま保持される。この初期の期間は、電池温度の冷却を待つ期間、すなわち冷却期間に相当するもので、充電電流制御部５０は、低レート充電モードが選択されている場合には、充電開始後の電池温度が高い期間には、充電電流Ｉの立ち上げを控えておき、例えば常温付近に設定される設定温度以下に電池温度が低下するのを待って、充電電流Ｉを立ち上げる。これにより、電池寿命が更に長く維持される。また、周囲温度が高いために、いつまで待っても充電電流Ｉが立ち上がらないという不都合を回避するために、冷却期間に上限値を予め設定しておいても良い。この上限値は、例えば低レート充電モードデータメモリ５３に記憶させておくと良い。
FIG. 5 is a graph showing another example of the pattern of the charging current I in the low rate charging mode. In the example shown in FIG. 5, the charging current I is maintained at zero in the initial period after the start of charging. This initial period corresponds to a period of waiting for cooling of the battery temperature, that is, a cooling period. When the low-rate charging mode is selected, the charging
（充電完了時期決定の別の例）
充電開始後の任意の時期に、ユーザが切替スイッチ５を操作することにより充電モードの切替えを可能とした形態では、充電電流Ｉのパターンは例えば図６のグラフが示す通りとなる。図６の例では、充電開始当初は急速充電モードが選択されており、充電途中で低レート充電モードへ切り替えられ、その後更に急速充電モードへ切り替えられている。充電モードの切り替えがあると、その都度、計測されつつある充電時間もリセットされ、新たな充電モードに対応したパターンが初めから反復されることとなる。そのために、例えば充電完了時期が充電モード毎に定められている場合には、充電の終了が適切な時期に行われない場合があり得る。これに対して、電流積算部５６が算出する電流の積算値が、与えられた設定値に達すると、充電電流制御部５０が充電を完了するように充電器３を構成することが可能である。それにより、充電モードの切替を何時でも行うことを可能にしつつ、充電完了を適切な時期に行うことが可能となる。
(Another example of determining when to complete charging)
In an embodiment in which the user can switch the charging mode by operating the changeover switch 5 at an arbitrary time after the start of charging, the pattern of the charging current I is as shown in the graph of FIG. 6, for example. In the example of FIG. 6, the quick charge mode is selected at the beginning of charging, and is switched to the low-rate charging mode during charging, and then further switched to the quick charging mode. Whenever the charging mode is switched, the charging time being measured is reset and the pattern corresponding to the new charging mode is repeated from the beginning. Therefore, for example, when the charging completion time is determined for each charging mode, the charging may not be terminated at an appropriate time. On the other hand, when the integrated value of the current calculated by the current integrating
（充電電流パターンの別の例）
次に、充電電流Ｉのパターンとして、電池温度に基づいてより精細な充電電流Ｉの制御を行う例について説明する。図７は、そのように制御される充電電流Ｉのパターンを例示するグラフである。図７（ａ）は、急速充電モードにおいて電池温度が与えられた範囲内にある場合、図７（ｂ）は、急速充電モードにおいて電池温度が与えられた範囲を超えて高いか又は低い場合、図７（ｃ）は低レート充電モードにおいて電池温度が与えられた範囲内にある場合、図７（ｄ）は、低レート充電モードにおいて電池温度が与えられた範囲を超えて高いか又は低い場合に対応する。与えられた範囲は、常温付近の通常温度の範囲に設定される。図７（ａ）と図４（ａ）とは同一パターンであり、図７（ｃ）と図４（ｂ）とは同一パターンである。すなわち、電池温度が常温付近の通常の範囲にあるときは、充電電流制御部５０は、図４と同一のパターンで充電電流Ｉを生成する。一方、電池温度が過度に高いか又は低い場合には、図７（ｂ）及び図７（ｄ）に示すように、いずれの動作モードにおいても、充電電流制御部５０は、電池温度が通常の範囲にある場合に比べて、充電電流Ｉを小さく抑える。このように、充電電流制御部５０が電池温度に依存して充電電流Ｉを変更するので、電池寿命を長く保つことができる。
(Another example of charging current pattern)
Next, an example in which the charging current I is controlled more finely based on the battery temperature as a pattern of the charging current I will be described. FIG. 7 is a graph illustrating a pattern of the charging current I controlled as described above. FIG. 7A shows a case where the battery temperature is within a given range in the quick charge mode, and FIG. 7B shows a case where the battery temperature is higher or lower than the given range in the quick charge mode. FIG. 7C shows a case where the battery temperature is within a given range in the low rate charging mode, and FIG. 7D shows a case where the battery temperature is higher or lower than the given range in the low rate charging mode. Corresponding to The given range is set to a normal temperature range near room temperature. 7 (a) and 4 (a) are the same pattern, and FIG. 7 (c) and FIG. 4 (b) are the same pattern. That is, when the battery temperature is in a normal range near room temperature, the charging
図７に示した充電電流Ｉのパターンを実現するには、マイコン３８は、例えば図８のフローチャートに示す手順にしたがって処理を実行すると良い。図８の手順では、電池パック１が充電器３にセットされ、充電器３の電源が投入されると、モード切替部５１は、例えばモード記憶部５５の内容を参照することにより初期設定モードを選択する（ステップＳ１）。次に、充電電流制御部５０は、電池温度検出信号入力部６１を通じて、初期の電池温度の検出値を取得する（ステップＳ２）。
In order to realize the pattern of the charging current I shown in FIG. 7, the
次に、充電電流制御部５０は、モード切替部５１が供給する現在モードの充電電流Ｉに関する情報を参照する（ステップＳ３）。モードデータ記憶部５２〜５４には、例えば図９が示す電池温度充電テーブルが記憶されている。図９において、定数ａはある大きさの電流値であり、定数ａには充電対象とする電池の容量等に応じた具体的な数値が付与されている。初期設定モードが例えば急速充電モードであれば、モード切替部５１は急速充電モードデータ記憶部５４が記憶する図９の最上列のデータ（８ａ，４ａ，４ａ，ａ／１０）を選択し、充電電流制御部５０へ伝える。充電電流制御部５０は、ステップＳ３において、このデータを参照する。
Next, the charging
次に、充電電流制御部５０は、参照したデータに基づいて充電を開始させる（ステップＳ４）。このとき、充電電流制御部５０は、ステップＳ２で検出された電池温度が通常の範囲にあるときには、図９の「通常１」のデータを選択し、通常の範囲を超えて高温又は低温であるときには、「高温／低温」のデータを選択し、更に与えられた第２の範囲を超えて高温である場合には、「異常」のデータを選択する。第２の範囲は、上記の通常の範囲よりも更に高い温度範囲を含むように設定される。
Next, the charging
充電電流制御部５０が「通常１」のデータを選択しているときには、急速充電モードでは図７（ａ）が示すように、充電電流Ｉを初期には小さい値（例えば、「通常１」のデータ８ａの数分の１の大きさ）に設定し、その後大きい値（「通常１」のデータ８ａ）に引き上げる。次に、モード切替部５１は、切替スイッチ５の操作がなされたか否かを判定し（ステップＳ５）、操作がなされておれば、充電モードを変更する（ステップＳ６）。すなわち、モード切替部５１は、図９のテーブルのうち変更後の充電モードに対応するデータを新たに選択し、充電電流制御部５０へ伝える。これにより、充電モードが新たなモードへ確定する（ステップＳ９）。充電モードの切り替えがなければ（ステップＳ５）、充電モードは変更されないまま（ステップＳ８）、充電モードが初期設定のまま確定する（ステップＳ９）。ここで、「充電モードが確定する」とは、次のステップＳ５における判定まで、充電モードが維持されることを意味する。
When the charging
次に、充電電流制御部５０は、電池温度検出信号入力部６１を通じて、初期の電池温度の検出値を取得する（ステップＳ１０）。次に、充電電流制御部５０は、モード切替部５１が供給する現在モードの充電電流Ｉに関する情報を参照し、新たに検出した電池温度に対応した充電電流Ｉを新たに設定する（ステップＳ１１）。次に、充電電流制御部５０は、それ以前に検出した温度を参照することにより与えられたある期間にわたる温度上昇を算出する（ステップＳ１２）。続いて、充電電流制御部５０は、算出した温度上昇が与えられた第１規定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
Next, the charging
温度上昇が第１規定値以上であれば、充電電流制御部５０は、充電を完了する（ステップＳ１４）。一方、温度上昇が第１既定値以上でなければ、充電電流制御部５０は、温度
上昇が与えられた第２規定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。第１規定値と第２規定値は、０＜第２規定値＜第１規定値、の範囲で設定される。充電電流制御部５０は、温度上昇が第２規定値以上であれば、モード切替部５１が供給する現在モードの充電電流Ｉに関する情報を参照し（ステップＳ１６）、充電電流Ｉを新たに設定する（ステップＳ１７）。充電電流制御部５０は、ステップＳ９で検出した電池温度が通常の範囲内であるときには、ステップＳ１７において図９の「通常２」のデータに従って充電電流Ｉを設定する。従って、充電電流制御部５０は、それ以前に「通常１」のデータに従って充電電流Ｉを設定していたのであれば、充電電流Ｉを引き下げることとなる。処理は、その後ステップＳ５へ戻る。また、ステップＳ１５の判定において、温度上昇が第２規定値以上でない場合には、新たに充電電流Ｉを設定することなく、処理はステップＳ５へ戻る。
If the temperature rise is equal to or higher than the first specified value, the charging
なお、図８のフローチャートにおいて、温度の代わりに、電池容量又は電池電圧の検出値に基づいて同様に充電電流Ｉの制御を行うことも可能である。すなわち、電池容量の大きさ又は電池電圧の高さに応じて、充電電流Ｉを変更する制御を行うことが可能である。 In the flowchart of FIG. 8, it is also possible to similarly control the charging current I based on the detected value of the battery capacity or the battery voltage instead of the temperature. That is, it is possible to perform control to change the charging current I according to the size of the battery capacity or the height of the battery voltage.
（モード選択の別の例）
図１０に示すように、電池パック１にユーザが充電モードを選択することを可能にするモード選択スイッチ１０を設けることができる。既述の通り、モード選択信号入力部６４（図３）は、モード選択スイッチ１０が選択した充電モードをモード切替部５１へ伝える。モード切替部５１は、モード選択信号入力部６４から充電モード選択信号の入力があると、例えば初期設定モードに優先して、この信号に従って充電モードを選択する。これによりユーザは、毎回同一の充電モードで充電するにも拘わらず、充電器３を操作して充電モードを設定しなければならないという煩わしさを回避することができる。また、ユーザは複数の電池パック１について、あるものは寿命を延ばすように使用し、別のあるものは急速充電で使用するといった使い分けをすることができる。
(Another example of mode selection)
As shown in FIG. 10, the
図１１に示すように、電池パック１に充電回数を記憶する機能を持たせることができる。この電池パック１は、電池７０、充電電流検出部７１、抵抗器７２、充電回数判定部７３、充電回数メモリ７４及び充電回数出力部７５を備えている。これらの装置要素は、プログラムをメモリに搭載したマイクロコンピュータにより等価的に構成可能である。充電電流検出部７１は、充電電流Ｉによって抵抗器７２に生じる電圧降下を通じて充電電流Ｉを検出する。充電回数判定部７３は、例えば図１２が示すように、与えられた閾値を充電電流Ｉが超える時間が与えられた時間（例えば、３０分）を超えて継続したときに、１回の充電があったものとして、充電回数メモリ７４に記録される充電回数を１だけインクリメントする。充電回数出力部７５は、電池パック１が充電器３に接続されたときに、充電回数メモリ７４に記録される充電回数信号を、例えば電極１９を通じて充電器３へ伝える。充電器３の充電回数信号入力部６０は、充電回数信号を受信しモード切替部５１へ伝える。
As shown in FIG. 11, the
モード切替部５１は、充電回数信号を受信すると、充電回数が電池寿命に近い値に相当する与えられた充電回数を超えているか否かを判定し、超えている場合には、初期設定モードやユーザの選択に優先して、低レート充電モードを選択する。これにより、電池パック１が内蔵する電池の寿命を長く保つことができる。充電回数が電池寿命に近い場合であっても、急速充電モードによる充電が必要な場合のために、例えば切替スイッチ５を３秒間押すとモード切替部５１が急速充電モードを選択するように充電器３を構成してもよい。
When receiving the charge count signal, the mode switching unit 51 determines whether or not the charge count exceeds a given charge count corresponding to a value close to the battery life. The low rate charging mode is selected in preference to the user selection. Thereby, the lifetime of the battery built in the
既に述べたように、過充電にならない充電モードとして、充電電流の平均値の異なる３モードを準備することも可能である。図１３に示す例では、充電器３は、特に低レート充電モードとして、夜間一杯を使って充電が完了するほど、充電電流Ｉを十分に低くしたモードである「お休みモード」を準備している。「お休みモード」は、夜間での充電を想定したモードであり、モード切替部５１はこのモードを選択すると、冷却ファンの電源スイッチをオフして、ファンの運転に伴う騒音をも解消する。また、中レート充電モードは、作業の昼休み中の充電を想定した「昼休みモード」であり、１時間程度で充電を完了するように充電電流Ｉを調整する。高レート充電モードは、作業の小休憩中の充電を想定した「小休憩モード」であり、１５分程度で充電を完了するように充電電流Ｉを調整する。
As already described, it is also possible to prepare three modes with different average values of charging currents as charging modes that do not cause overcharging. In the example shown in FIG. 13, the
図１４に示すように、表示器３５は充電完了希望時間を表示し、切替スイッチ５を操作することにより、充電完了希望時間をユーザの所望どおりに設定できるように充電器３を構成してもよい。それには、充電電流制御部５０は、切替スイッチ５を通じて指示された充電完了希望時間どおりに充電が完了するように、充電電流Ｉの大きさを演算するとよい。例えば、充電電流制御部５０は、図１５が示すような充電電流Ｉの段階的な変化の仕方を充電モードデータ記憶部５４等から与えられると、この段階的変化に従い、かつユーザが指示する充電完了希望時間どおりに充電が完了するように、充電電流Ｉを決定する。図１５（ａ）が示すように充電完了希望時間ｔ１が短い場合には、充電電流制御部５０は、充電電流Ｉを例えば充電の全過程を通じて大きく設定し、図１５（ｂ）が示すように充電完了希望時間ｔ２が長い場合には、例えば充電の全過程を通じて小さく設定する。これにより、ユーザは余裕のある時間に合わせて充電時間を選択することができるので、電池パック１を装着した電気器具を用いた作業の効率を高めることができる。
As shown in FIG. 14, the
図１４が示す充電器３の例では、充電モードデータ記憶部５２、５３、５４のうち例えば急速充電モードデータ記憶部５４のみとし、モード切替部５１を削除してもよい。充電電流制御部５０は、電池温度、電池容量、更には周囲温度をも参照して、充電完了希望時間に充電が完了するように充電電流Ｉを決定してもよい。それにより、充電完了時間をより精密に充電完了希望時間に一致させることができる。それには、例えば電池温度、電池容量、周囲温度によって充電電流Ｉを変更するためのデータテーブルをマイコン３８のメモリ（不図示）に記憶させておき、充電電流制御部５０は、このデータテーブルを参照することにより充電電流Ｉを決定すると良い。また、充電器３が例えば半導体温度センサを備えることにより、充電電流制御部５０は周囲温度を参照することが可能となる。
In the example of the
（選択期間を設けた例）
充電開始後の任意の時期に、ユーザが切替スイッチ５を操作することにより充電モードの切替えを可能とした形態では、充電モードの切り替えがある度に、計測されつつある充電時間もリセットされ、新たな充電モードに対応したパターンが初めから反復されることとなる。また、充電電流制御部５０が電池電圧の高さ等に応じて充電完了時期を決定する形態においても、充電モードの切り替えがある度に、電池電圧の高さ等の情報がリセットされることとなり、同様に新たな充電モードに対応した充電が初めから行われることとなる。その結果、充電の終了が適切な時期に行われない場合があり得る。
(Example with selection period)
In a mode in which the user can switch the charging mode by operating the changeover switch 5 at any time after the start of charging, the charging time being measured is reset each time the charging mode is switched, The pattern corresponding to the correct charging mode is repeated from the beginning. Also, in the form in which the charging
このため望ましくは、充電器３は、充電初期に選択期間を設定し、この選択期間に限りユーザによる充電モードの選択を許容するように構成される。より具体的には、モード切替部５１は、充電初期の与えられた期間である選択期間に、ユーザによる切替スイッチ５の操作を受付け、操作内容に応じて充電モードを選択する。しかしモード切替部５１は、選択期間を経過すると、ユーザによる切替スイッチ５の操作があっても充電モードを変更しない。すなわち充電モードは、選択期間の経過とともに確定し、充電完了まで確定した充電モードが維持される。これにより充電器３は、ユーザによる所望の充電モードの選択を可能にするとともに、充電モードの切替えに伴って充電の終了時期が不適切となる不都合をも解消する。
Therefore, preferably, the
選択期間の始期は、好ましくは充電器３の電源が投入された時点に設定される。すなわちユーザが充電器３の図示しない電源スイッチをオンする、或いは電源線７のプラグをＡＣ１００Ｖのコンセントに接続することにより、例えばマイコン３８のリセットが解除された時点が、選択期間の起点として設定される。充電が電源投入と同時に開始されるのが通例であるため、選択期間の起点として適切であるからである。また、選択期間は、例えば３０秒程度に設定される。それより短いと、ユーザはモード選択の機会を失する場合が多くなる一方、過度に長いと適切な充電終了時間が得られなくなるからである。
The start of the selection period is preferably set at the time when the power supply of the
図１６は、充電器３が出力する充電電流Ｉのパターンを例示するグラフである。図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれユーザが急速充電モード、低レート充電モード、及び電池活性化過充電モードを選択した場合を示している。また、図１６（ｄ）は、ユーザが急速充電モードを選択した場合について充電電流Ｉのパターンの別の例を示している。図１６（ａ）〜（ｃ）の例では、充電電流制御部５０は、選択期間において、ある大きさの充電電流Ｉ（例えば、１７０ｍＡ）を出力させておき、選択期間を経過することにより充電モードが確定してから、各充電モードに対応したパターンによる充電電流Ｉを出力させる。選択期間における充電電流Ｉの大きさは、例えば、電池パック１が制御回路を有している場合に、内蔵する電池が放電し尽くされた状態で電池パック１が充電器３に装着されたときに、制御回路を動作させるために微少電流（内蔵電池を充電するのに必要な電流よりは十分に小さい電流）を供給する目的で設定するとよい。例えば、選択期間における充電電流Ｉの大きさ（例えば、１７０ｍＡ）を、マイコン３８が有するメモリ（不図示）に予め記憶させておくことにより、充電電流制御部５０は、選択期間において、このデータを読み出すことにより、充電電流Ｉの指示値を生成することができる。
FIG. 16 is a graph illustrating a pattern of the charging current I output from the
急速充電モード（図１６（ａ））及び低レート充電モード（図１６（ｂ））における選択期間終了後の充電電流Ｉのパターンは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したパターンと同様である。図１６（ｃ）に例示するように、電池活性化過充電モードは、充電電流Ｉの大きさを低レート充電モードの充電電流Ｉよりも遙かに小さい値に設定する。図１６（ｃ）の例では、選択期間終了後の充電電流Ｉは、選択期間における充電電流Ｉと同じ大きさに設定され、且つ充電完了まで同じ大きさに保持される。電池活性化過充電モードは、このような微小な充電電流Ｉを、電池が過充電状態になるまで長時間にわたって供給することにより、長期間にわたって不使用状態に置かれた電池の活性化を図ることができる。充電時間の一例を示すと、急速充電モードでは３０分、低レート充電モードでは１時間、電池活性化過充電モードでは２４時間である。 The pattern of the charging current I after the end of the selection period in the quick charge mode (FIG. 16 (a)) and the low rate charge mode (FIG. 16 (b)) is the pattern shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). It is the same. As illustrated in FIG. 16C, in the battery activation overcharge mode, the magnitude of the charge current I is set to a value much smaller than the charge current I in the low rate charge mode. In the example of FIG. 16C, the charging current I after the selection period ends is set to the same magnitude as the charging current I in the selection period, and is held at the same magnitude until the charging is completed. In the battery activation overcharge mode, such a minute charging current I is supplied over a long period of time until the battery is overcharged, thereby activating the battery that has been left unused for a long period of time. be able to. An example of the charging time is 30 minutes in the quick charge mode, 1 hour in the low rate charge mode, and 24 hours in the battery activated overcharge mode.
図１６（ａ）〜（ｃ）の例では、充電電流制御部５０は選択期間において微小な充電電流Ｉを出力させるが、選択期間において充電電流Ｉをゼロとすること、すなわち選択期間において充電電流Ｉの立ち上げを控えておくことも可能である（不図示）。それにより、選択期間を設けたことによる充電量の変動を防止することができる。
In the examples of FIGS. 16A to 16C, the charging
これに対して図１６（ｄ）に例示するように、充電電流制御部５０が選択期間においても図４に例示した各充電モードのパターンに従って充電電流Ｉを出力させるように充電器３を構成してもよい。この場合には、選択期間内に充電モードの変更があった場合には、充電量に多少の変動を来すこととなるが、不必要に長い選択期間を設定しなければ、充電量の変動は実質的に解消される。また、充電開始が早まるために、充電完了も早まるという利点が得られる。
On the other hand, as illustrated in FIG. 16D, the
選択期間においてユーザが充電モードの選択を行う前に、充電電流制御部５０は、予め定められた特定の充電モードを初期設定（デフォルト）モードとして選択してもよい。また、充電電流制御部５０は、選択期間においてユーザが充電モードの選択を行わなかった場合には、初期設定モードを充電モードとして確定させても良い。
Before the user selects the charging mode in the selection period, the charging
なお、好ましくは、前記充電器は、前記モード切替手段が選択している充電モードを記憶する不揮発性のモード記憶手段を更に備え、前記モード切替手段は、前記充電器の電源が投入されたときに、前記モード記憶手段が記憶する過去最終の充電において選択した充電モードを、初期設定モードとして選択する。 Preferably, the charger further includes a non-volatile mode storage unit that stores a charging mode selected by the mode switching unit, and the mode switching unit is turned on when the charger is powered on. In addition, the charging mode selected in the last past charging stored by the mode storage means is selected as the initial setting mode.
又、好ましくは、前記充電器は、前記電池に付属する充電回数記憶手段に記憶される充電回数を受信する充電回数信号入力手段を更に備え、前記モード切替手段は、前記充電回数が電池寿命に近い値である場合には、ユーザの選択に優先して前記低レート充電モードを選択する。 Preferably, the charger further includes a charge number signal input means for receiving a charge number stored in a charge number storage means attached to the battery, and the mode switching means is configured to reduce the charge number to a battery life. If the values are close, the low-rate charging mode is selected in preference to the user's selection.
更に好ましくは、前記充電器は、前記充電電流を検出する充電電流検出手段と、前記充電電流の充電開始以後の積算値を算出する電流積算手段と、を更に備え、前記充電電流制御手段は、前記電流積算手段が算出する前記積算値が、与えられた設定値に達すると充電を完了させる。 More preferably, the charger further includes a charging current detecting unit that detects the charging current, and a current integrating unit that calculates an integrated value after the charging current is started, and the charging current control unit includes: Charging is completed when the integrated value calculated by the current integrating means reaches a given set value.
又、好ましくは、前記充電器は、前記電池に付属する電池温度検出器から送出される電池温度検出信号を受信する電池温度検出信号入力手段、前記電池の容量を検出する電池容量検出手段、及び前記電池の電圧を検出する電池電圧検出手段のうちの少なくとも一つの手段を更に備え、前記充電電流検出手段は、前記少なくとも一つの手段が出力する信号に依存して前記充電電流を変更する。 Preferably, the charger is a battery temperature detection signal input means for receiving a battery temperature detection signal sent from a battery temperature detector attached to the battery, a battery capacity detection means for detecting the capacity of the battery, and The battery pack further comprises at least one of battery voltage detecting means for detecting the voltage of the battery, and the charging current detecting means changes the charging current depending on a signal output from the at least one means.
３ 充電器 ３７ 電源部 ３９ 充電電流検出部
４１ 電池電圧検出部 ５０ 充電電流制御部 ５１ モード切替部
５５ モード記憶部 ５６ 電流積算部 ６０ 充電回数信号入力部
６１ 電池温度検出信号入力部 ６２ 電池容量検出部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電池に充電電流を供給するための電源手段と、
ユーザの指示に応じて、前記充電電流のパターンが異なる少なくとも３つの充電モードのうちの何れかを選択するモード切替手段と、
前記モード切替手段が選択した充電モードに従って前記電源手段が出力する前記充電電流を制御する充電電流制御手段と、を備え、
前記少なくとも３つの充電モードは、前記電池を過充電する少なくとも１つの充電モードと、前記電池を過充電しない少なくとも２つの充電モードと、を含み、
前記モード切替手段は、前記充電器の電源が投入されたときに、前記少なくとも３つの充電モードのうち、予め定められた一つのモードを初期設定モードとして選択することを特徴とする充電器。 A charger for charging a battery,
Power supply means for supplying a charging current to the battery;
Mode switching means for selecting one of at least three charging modes having different charging current patterns in accordance with a user instruction;
Charging current control means for controlling the charging current output by the power supply means according to the charging mode selected by the mode switching means,
The at least three charging modes include at least one charging mode for overcharging the battery and at least two charging modes for not overcharging the battery;
The charger is characterized in that the mode switching means selects a predetermined one of the at least three charging modes as an initial setting mode when the charger is powered on.
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Legal Events
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