JP2008193797A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン電池等の二次電池を定電流・定電圧充電制御方式で充電するための充電装置において、二次電池の寿命間近すなわち電池劣化度を充電時に判別できる充電装置を提供する。
【解決手段】マイコン５０は、基準となる二次電池について、定電圧充電開始前の電池電圧判別値Ｖ２と、該電池電圧値Ｖ２に対応して充電に必要な定電流充電時間の判別値ｔ２との関係を予め記憶装置（ＲＯＭ）５５に記憶しておき、マイコン５０は、充電を行う二次電池について、定電流充電を行った実測時間（ｔ）と、定電圧充電開始前の電池実測電圧（Ｖｏ）とを検出し、前記実測電池電圧（Ｖｏ）に対応する前記実測時間（ｔ）が予め記憶装置５５に記憶された前記判別値（Ｖ２、ｔ２）以下であると判別した場合、充電を行った二次電池２は寿命が間近い「寿命間近」であることを表示回路１２０の表示手段１２１に表示させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池を定電流・定電圧充電制御方式で充電するための充電装置に関し、特に、二次電池の寿命間近すなわち電池劣化度を充電時に判別できる充電装置に関する。

一般に、繰り返し充電が可能な二次電池は、電動工具等の携帯用機器の電源として利用され、容量がなくなる毎に機器から取り外されて充電装置で充電した後に、再び携帯用機器に装着されるという作業を繰り返し、多数回の使用が可能になる。しかし、これらの二次電池は、充放電を繰り返していくうちに、図８に示すように、放電容量（電池劣化度）が初期の特性より劣化し、充放電を繰り返し使用できる回数等が限界となり、電池の寿命に到る。

従来、このような二次電池の寿命の判別は、携帯用機器の使用者が経験に基づいて個々に行っていた。そこで、携帯用機器の二次電池の寿命を知りたいという要求に対応するために、下記特許文献１に開示されているように、充電時の電池電圧が素電池数に対応した所定寿命判別電圧値以上に上昇した時、電池の寿命と判別する充電装置が提案されている。

特開２００４−２７３４６９号公報

しかしながら、二次電池は電気エネルギーをつくり出す方法の種類によって、電池内部の材料、製造方法等により異なる電圧挙動を示すため、単純に電池電圧が寿命判別電圧値以上であるか否かで寿命判別を行うだけでは、判別することが困難である場合がある。特に、リチウムイオン電池のように、定電流・定電圧充電制御によって充電を行う場合、電池電圧は充電装置で設定された定電圧値以上には上昇しない特性を持つため、上記特許文献１に記載されたような急激な充電電圧の上昇を利用して寿命判別を行うことが不可能となる。

従って、本発明の目的は、リチウムイオン電池等の二次電池を定電流・定電圧充電制御方式で充電するための充電装置において、二次電池の寿命間近すなわち電池劣化度を充電時に判別できる充電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に従って開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。

本発明の一つの特徴によれば、二次電池に対して定電流を通電した後に、定電圧を印加する定電流・定電圧充電制御方式の充電装置であって、前記定電流を通電するための充電電流制御回路と、前記定電圧を印加するための充電電圧制御回路と、充電状態の表示を含む表示回路と、前記充電電流制御回路、前記充電電圧制御回路および前記表示回路を制御するための制御回路装置とを具備する充電装置において、前記制御回路装置は、基準となる二次電池について、定電圧充電開始前の電池電圧値と、該電池電圧値に対応して充電に必要な定電流充電時間の判別値との関係を予め記憶装置に記憶しておき、前記制御回路装置は、充電を行う二次電池について、定電流充電を行った時間と、定電圧充電開始前の電池電圧とを実測し、前記実測電池電圧に対応する前記実測時間が予め前記記憶装置に記憶された前記判別値以下であると判定した場合、前記充電を行った二次電池は寿命が間近いことを前記表示回路に表示させる。

本発明の他の特徴によれば、前記制御回路装置は、充電終了状態を表示する前記表示回路の表示手段を兼用して前記二次電池が寿命間近であることを表示させることを特徴とする請求項１に記載された充電装置。

上記本発明の特徴によれば、充電装置において二次電池（電池パック）の寿命を判別することができる。また、充電装置の使用者に対し、充電状態にある二次電池の劣化状態を簡易に認知させることができる。

本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴および利点は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかとなるであろう。

以下、本発明の一実施形態に係る充電装置について、図１に示す回路図を参照して詳細に説明する。

（充電装置４００の構成）
図１において、充電装置４００によって充電すべき電池パック２は、単数または直列接続された複数の充電可能な、リチウムイオン電池セル２ａと、電池パック２内の電池温度を検出するために、電池セル２ａに接触または近接して配置されたサーミスタ等の温度検出センサとして機能する感温素子２ｂとから成る。さらに、電池パック２は電池セル２ａのセル数を判別するための電池種判別手段２ｃを有する。この電池種判別手段２ｃは、本実施形態では、電池種によって異なる抵抗値を持つ抵抗２ｃから成るが、電池種を種別コードで表示して、コードを読み出すように構成しても良い。例えば、電池パック２は、電池セル２ａが公称電圧３．６Ｖの電圧を有するリチウムイオン電池（セル）を４個直列接続したもの（４セル）から成り、その出力電圧は１４．４Ｖである。

電池パック２に充電電力を供給するための充電電源回路（第１の電源回路）２００は、第１の整流平滑回路１０と、スイッチング電源回路２０と、第２の整流平滑回路３０とから構成される。

第１の整流平滑回路１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２とから成り、商用交流電源等の交流電源１を全波整流する。スイッチング電源回路２０は、高周波トランス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（スイッチング制御ＩＣ）２３とを備える。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、ホトカプラから成る充電制御信号伝達手段４および充電帰還信号伝達手段５より入力される制御入力信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ２２の充電動作の開始および停止を制御し、かつ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の出力電圧と電池パック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および３２、チョークコイル３３、および平滑用コンデンサ３４および放電用抵抗３５から成る。

充電電源回路2００の出力側３０ａには充電するための電池パック２が接続される。一方、充電電源回路２００には、充電電流制御手段６０および定電圧制御手段８０が電気的に接続される。

充電電流制御手段６０は、オペアンプ（演算増幅器）６１ａおよび６１ｂと、オペアンプ６１ａおよび６１ｂの入力抵抗６２および６４と、オペアンプ６１ａおよび６１ｂの帰還抵抗６３および６５と、充電電流設定手段を構成する抵抗６６および抵抗６７と、ダイオード６９およびダイオード電流制限用抵抗６８からなる出力回路とから構成されたオペアンプ多段接続回路を含む。設定充電電流に対応する設定電位を与える分圧抵抗６６および６７には、マイコン５０等の駆動電源Ｖｃｃを給電する、後述の定電圧電源１００の出力電圧（Ｖｃｃ）が印加される。充電電流制御手段６０の入力側は電池パック２の充電電流を検出するための抵抗から成る電流検出手段３に接続される。また、その出力側は、上述したように、ホトカプラから成る充電帰還信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３を制御する。このような構成に基づき充電電流制御手段６０は電池パック２に供給する充電電流を定電流値に制御する。なお、オペアンプ６１ａの出力はＡ／Ｄコンバータ５２に入力され、その値はマイコン５０において電流値として取込まれる。

定電圧制御手段８０は、オペアンプ８１と、反転入力端子（−）側の入力抵抗８２と、帰還抵抗８４と、非反転入力端子（＋）側の入力抵抗８３と、ダイオード８９およびダイオード電流制限用抵抗８５から成る出力回路とから構成される。定電圧制御手段８０の入力側は、抵抗４１および抵抗４２から成る充電電源の出力電圧検出手段４０に接続され、上述した充電電源回路２００の出力側３０ａのフィードバック用検出電圧が入力される。その出力側は、上記充電電流制御手段６０の出力側と同様に、ホトカプラから成る充電帰還信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３を制御する。従って、ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、上記充電電流制御手段６０または定電圧制御手段８０の出力信号（フィードバック信号）により制御されることになる。

さらに、オペアンプ８１の非反転入力端子には抵抗８３を介して出力電圧設定手段８０ａが接続される。出力電圧設定手段８０ａは、抵抗８６〜８８から構成される。出力電圧設定手段８０ａからオペアンプ８１の非反転入力（＋）へ供給する設定電圧は、後述するマイコン５０の出力ポート５３ｂに抵抗８８の一端を接続し、出力ポート５３ｂからハイまたはロー信号を出力することにより抵抗８８を抵抗８７に並列接続するか否か制御する。これによってセル数の異なる充電電圧値を設定する。該設定電圧値に応じた定電圧制御手段８０のフィードバック作用によって、第２の整流平滑回路３０の出力電圧（出力端子３０ａの電圧）が所定の出力電圧値に制御される。

従って、定電圧制御手段８０は出力電圧設定手段８０ａと共に、充電電源手段２００の出力電圧を設定するための出力電圧制御手段を構成する。

充電電源手段２００、充電電流制御手段６０、定電圧制御手段８０、出力電圧設定手段８０ａ、および電池温度検出手段７０等の動作は、マイコン（制御回路装置）５０によって制御される。

マイコン５０は、制御プログラムを実行するＣＰＵ（中央処理装置）５１の他に、ＣＰＵ５１の制御プログラム、電池パック２の電池種に関するデータ、後述する電池劣化度の判別の基準となる二次電池について、定電圧充電開始前の電池電圧（Ｖｏ）の判別値と、該電池電圧値Ｖｏに対応する定電流充電時間（ｔ）の判別値との関係等を格納するリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）５５、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）５６、および充電時間等の計測に使用するタイマ５７等を具備している。さらに、マイコン５０は、上記した電池種判別抵抗２ｃおよび抵抗６、電池電圧検出手段７および電池温度検出手段７０によって検出されたアナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ５２と、上記出力電圧設定手段８０ａに制御信号を出力するための出力ポート５３ｂと、充電制御信号伝達手段４に充電の開始または停止を制御する制御信号を出力するための出力ポート５３ａと、電源投入時にリセット信号を入力するためのリセット入力ポート５４とを具備する。

電池パック２の感温素子２ｂは、駆動電源電圧Ｖｃｃが給電された直列抵抗７１および７２から成る電池温度検出手段７０に接続され、抵抗値の温度変化を電圧に変換し、マイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５２に入力される。

電池パック２の電池種判別抵抗２ｃは、上述したように電池パック２のセル数に対応する抵抗値を持つので、一端が駆動電源Ｖｃｃに接続された抵抗６と共に分圧回路を構成し、その分圧電圧をマイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５２に入力し、マイコン５０によって電池パック２の電池の種類（セル数）を判別する。

電池パック２の電池電圧は、分圧用抵抗７ａおよび７ｂから成る電池電圧検出手段７によって検出電圧として分圧され、マイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５２に入力される。

電池パック２の充電を開始または停止させる制御信号は、マイコン５０の制御プログラムに従って、その出力ポート５３ａより充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の制御入力へ供給される。充電制御信号伝達手段４より充電開始の制御信号を受信すれば、ＰＷＭ制御ＩＣ２３によって、ＭＯＳＦＥＴ２２はスイッチング動作を開始し、逆に充電停止の制御信号を受信すれば、ＭＯＳＦＥＴ２２はスイッチング動作を停止する。

定電圧電源１００は、マイコン５０、充電電流制御手段６０、充電電圧制御手段８０（充電電圧設定手段８０ａを含む）、電池温度検出手段７０、電池種判別の検出抵抗６等の駆動電源電圧Ｖｃｃを供給するために設けられる。この電源１００は、商用交流電源１を整流する第１の整流平滑回路１０より分岐され、上記第１の電源回路である充電電源手段２００とは別系統の第２の電源回路として設けられる。

定電圧電源１００は、電源トランス１０２と、電源トランス１０２の１次コイル１０２ａの閉回路に設けられたスイッチング電源用ＩＣ（ＰＷＭ制御ＩＣとＦＥＴを含む）１０１と、スイッチング電源用ＩＣ１０１によって発生したパルス電圧を電源トランス１０２の２次コイル１０２ｂ側で整流する整流ダイオード１０３および平滑コンデンサ１０４と、フィードバック回路装置１０５、シャントレギュレータ１０６、出力電圧を設定する分圧抵抗１０７、１０８および平滑用コンデンサ１０９から成る定電圧化回路と、３端子レギュレータ１１０および平滑用コンデンサ１１１から成る定電圧Ｖｃｃを出力する定電圧出力回路と、定電圧出力側に設けられたリセットＩＣ１１２とから構成される。定電圧電源１００のリセットＩＣ１１２は、電源投入時などにマイコン５０を初期状態にするために、マイコン５０のリセット入力ポート５４にリセット信号を出力する機能を有する。

直流電源回路９０は、上記ＰＷＭ制御ＩＣ２３を駆動するための電源回路で、電源トランス１０２の第２の２次コイル９２に接続された整流用ダイオード９１および平滑用コンデンサ９３から成り、この電源回路も上記充電電源手段２００と別系統の電源回路として構成されている。

表示回路１２０は、電池パック２の充電状態および劣化度（寿命間近か否か）を表示するために設けられ、例えば、赤色ＬＥＤ（Ｒ）および緑色ＬＥＤ（Ｇ）から成る表示手段１２１と、表示手段１２１の電流を制限する抵抗１２２、１２３とを具備する。表示回路１２０は、マイコン５０の出力ポート５３ｂの出力信号によって、赤色ＬＥＤ（Ｒ）の赤色または緑色ＬＥＤ（Ｇ）の緑色を点灯させ、さらに、両ＬＥＤ（Ｒ）、（Ｇ）を同時に発光させて橙色を点灯させる。例えば、充電開始時には橙色を点灯させ、充電終了時には緑色を点灯させ、さらに、充電電池が寿命間近の時は緑色を点滅させるようにマイコン５０によって制御する。

（充電装置４００による電池劣化度の判別方式）
かかる充電装置４００において、マイコン５０のＲＯＭ（記憶部）５５には、寿命間近のリチウムイオン電池（２）について、充電開始前の電池電圧Ｖｏ（１セル当たりの電池電圧）と、寿命間近の定電流の充電時間ｔとの関係を判別値として記憶させておく。

リチウムイオン電池の定電流充電の充電時間ｔは、図３に示すように、充電開始時の電池電圧Ｖｏが同一電圧を持っていても、電池容量（放電容量）が少なくなるに従って短くなる。図３において、寿命間近電池の定電流充電時間ｔ２は、正常電池の定電流充電時間ｔｎに対して短くなり、定電流充電の充電時間ｔは電池の劣化度を表す判別値として使用できる。このとき、満充電時の充電電圧は、充電開始時の電池電圧Ｖｏに対して両者ともに電池電圧Ｖｃとなる。

また、図４に示すように、リチウムイオン電池の定電流充電の充電時間ｔは、充電開始前の電池電圧Ｖｏが低い程、長くなる特性を持つ。

本発明は、マイコン５０のＲＯＭ５５等の記憶部に、「寿命」および「寿命間近」の定電流充電時間ｔの判別値と充電開始前の電池電圧Ｖｏの判別値との関係を予め記憶させておき、リチウムイオン電池を充電する際は、充電開始時の電池電圧Ｖｏをマイコン５０のＣＰＵ５１で実測、記録し、かつ、定電流充電の充電時間ｔをマイコン５０のタイマ５７で実測し、これら両者の実測値を、ＣＰＵ５１によって上記判別値と比較して電池の劣化度（寿命間近度）を上記表示回路１２０に表示するものである。

これによって、劣化度の判別値は、３段階に予め設定しておき、充電開始前の電池電圧と定電流充電時間との関係により、劣化度を、例えば「通常」、「寿命間近」、「寿命」の３段階に表示する。

図５は判別値と表示方法を例示したものである。充電開始前の電池電圧Ｖｏを「Ｖ１以下」、「Ｖ１〜Ｖ２」、および「Ｖ２以上」の３区分とし、これらの電圧３区分に対応して定電流充電の充電時間ｔを、「ｔ１」、「ｔ２」および「判別せず」の３区分としたものである。表示方法は、電池の寿命間近の場合、表示回路１２０の緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点滅または点灯させるものである。この場合、表示手段１２１のＬＥＤとして緑色ＬＥＤ（Ｇ）を使用することによって充電終了であることも表示する。

（充電装置４００の動作）
次に、上述した本発明に係る充電装置４００の動作について、図２に示した第１の実施形態に係る制御フローチャートを参照して説明する。

商用電源１を投入すると、リセットＩＣ１１２よりマイコン５０のリセット入力ポート５４にリセット信号が入力される。これにより、マイコン５０は出力ポート５３ａおよび５３ｂをイニシャルセットする。次に、表示回路１２０において、充電前であることを表示する。本実施例においては、表示手段１２１の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポートからハイ信号を一定周期毎に出力することにより表示手段１２１の赤色ＬＥＤ（Ｒ）を赤点滅させる。この赤点滅の点灯により充電前であることを表示する（ステップ４０１）。

次に、充電すべき電池パック２（以下、単に「電池」と称する場合がある）が充電装置４００に電気的接続されたか否かを判別する。電池パック２の接続は、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力される電池温度検出手段７０の検出信号の変化によって判別すればよい（ステップ４０２）。

ステップ４０２で電池パック２が接続された場合、マイコン５０は、電池電圧検出手段７を介して入力される充電開始前の電池電圧の値Ｖｏを、Ａ／Ｄポート５２を介して記憶部、例えばＲＡＭ５６に記憶する（ステップ４０３）。

次に、マイコン５０は、セル数判別手段６を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の入力信号に基づいて電池パック２のセル数を判別し、判別したセル数に対応して定電圧制御手段８０の抵抗８８の一端が接続された出力ポート５３ｂにハイ信号またはロー信号を出力させ、セル数に対応した出力電圧を設定する（ステップ４０４）。例えば、ステップ４０４において、電池パック２のセル数が３セルであると判別した場合は抵抗８８に連なるマイコン５０の出力ポート５３ｂからロー信号を出力し、セル数が４セルであると判別した場合はハイ信号を出力することにより、各セル数に応じた出力電圧を設定する。

次に、マイコン５０の出力ポート５３ａよりロー信号を出力し、それにより充電制御信号伝達手段４を介しスイッチング電源ＩＣ２３に信号を伝達することにより充電を開始する（ステップ４０５）。充電を開始したら、引き続いて表示回路１２０により充電中であることを表示する。例えば、表示手段１２１の抵抗１２３および抵抗１２２に連なる出力ポート５３ｂよりハイ信号を出力し、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および赤色ＬＥＤ（Ｒ）を点灯させて表示手段１２１全体を橙色に点灯させることにより充電中であることを表示する（ステップ４０６）。

次に、寿命間近判別終了フラグが“１”であるか否かを判別する（ステップ４０７）。すなわち、充電開始前の電池電圧が図４および図５に示した特性図の所定値Ｖ２以上の場合は、満充電電池と区別がつかないので、「寿命間近」か否かは判別しない。

寿命間近判別終了フラグが“１”でない場合は、電池２が定電流で充電中か否かを判別する。定電流で充電中であるか否かの判別は、充電電流が所定の定電流値以下か否かによって判別すればよい。例えば、４Ａ（アンペア）が定電流の設定値であるとすれば、４Ａから所定値だけ電流値が低下したか否かで判別できる（ステップ４０８）。この時、定電流による充電時間（ｔ）をマイコン５０の記憶部、例えばＲＡＭ５６に記憶しておく。

ステップ４０８において定電流充電中でないと判別された場合、定電流で充電していた時間（ｔ）が、予め電池劣化度（寿命間近）を判別する判別基準値としてマイコン５０のＲＯＭ５５に記憶しておいた充電時間（ｔ２）（図４参照）以上か否かを判別する（ステップ４０９）。ステップ４０９において所定時間（判別値ｔ２）以下と判断された場合は、充電開始前の電池電圧（Ｖｏ）が、図４および図５に示した「寿命間近」を判別する判別値（Ｖ２）以上であるか否かを判別する（ステップ４１０）。

図４および図５を参照して上記したように、「寿命間近」の電池２は正常な電池に比較して定電流で充電を行う時間（ｔ）が短い。そこで定電流で充電を行う区間が所定時間（例えば、図４に示したｔ１、ｔ２）以下であれば、電池２は「寿命間近」であると判別する。また、図４に示すように、充電開始前の電池電圧（Ｖｏ）によって定電流で充電を行う時間（ｔ）が異なる。そこで、図４および図５に示すように、充電開始前の電池電圧（Ｖｏ）によって「寿命間近」を判別する判別値（ｔ１、ｔ２）を設ける。本実施例の場合、図５に示すように、充電開始前の電池電圧（Ｖｏ）が「Ｖ１以下」であれば、定電流による充電時間の判別値を「ｔ１」とし、Ｖ１以上Ｖ２以下の「Ｖ１〜Ｖ２」（Ｖ２＞Ｖ１）の場合は判別値を「ｔ２」（ｔ１＞ｔ２）として、「Ｖ２以上」の場合は充電時間（ｔ）を判別しないようにする。この理由は、充電開始前の電池電圧（Ｖｏ）が「Ｖ２以上」である場合、電池２が満充電に近い状態にあるため、図４に示すように、「正常電池」、「寿命間近」電池ともに定電流で充電を行う時間が非常に短く、区別できないため判別しないようにする。

ステップ４１０において定電流で充電を行う時間（ｔ）が所定値（ｔ２）以下で、かつステップ４１０において充電開始前の電池電圧（Ｖｏ）が判別値（Ｖ２）を超える場合は、寿命間近判別フラグを“１”にする（ステップ４１１）。次いで寿命間近判別終了フラグを“１”にする（ステップ４１２）。

次に、電池２が満充電であるか否かを判別する（ステップ４１３）。満充電の判別は、充電電流が定電流の所定値から急減少し、満充電判別電流値以下になったか否で判別する。ステップ４１３において満充電であると判別した場合は、出力ポート５３ａよりハイ信号を出力し、それにより充電制御信号伝達手段４を介しスイッチング電源ＩＣ２３に信号を伝達することにより充電を停止する（ステップ４１４）。

充電を終了したら、寿命間近判別フラグが“１”であるか否かを判別する（ステップ４１５）。寿命間近判別フラグが“１”の場合は「寿命間近」であることを表示するために、表示手段１２１の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５３ｂからハイ信号を一定周期毎に出力することにより緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点滅させる（ステップ４１７）。

ステップ４１５において寿命間近判別フラグが“１”でない場合は電池が正常であり、かつ充電が終了しているので、表示手段１２１の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５３ｂからハイ信号を出力することにより緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点灯させる（ステップ４１６）。

その後、電池２が充電装置４００より抜かれたら（ステップ４１８）、ステップ４０１に戻る。上記実施形態において、「寿命間近」であることの表示を充電終了後に行ったが、判別が終了した時点（ステップ４１０）において表示してもよい。

上記実施形態において、図５に示したような充電開始前電圧（Ｖｏ）および定電流充電時間（ｔ）に対する判別値の区分（３区分）は、より細かい区分（例えば、４区分）に規定しても良い。

電池パック２に対する寿命判別法の第２の実施形態について、図６および図７を参照して説明する。図６に示すように、定電流充電時間ｔと充電開始前の電池電圧Ｖｏの関係を３つの領域（領域Ａ〜領域Ｃ）に区分する。図６において、領域Ａは「寿命電池」、領域Ｂは「寿命間近」、領域Ｃは「正常電池」をそれぞれ示す。定電流充電の時間ｔおよび充電開始前の電池電圧Ｖｏと、領域Ａ〜Ｃとの関係（テーブル）は、予めマイコン５０のＲＯＭ５５に記憶させておく。

充電装置４００の動作について、図７に示した制御フローチャートに沿って説明する。なお、図７に示した制御フローチャートにおいて、ステップ４０１〜ステップ４０８は、図２に示した制御フローチャートのステップ４０１〜ステップ４０８と同じステップとなるので、同一のステップ符号を付してその説明を省略する。

ステップ４０８において定電流充電中でないと判別された場合、図６の特性図に示したように充電開始前の電池電圧Ｖｏが判別値Ｖ２以上か否かを判別する（ステップ７０９）。充電開始前の電池電圧ＶｏがＶ２より小さい場合は、図６の領域Ａか否かを判別する（ステップ７１０）。この判別は、実際の定電流充電時間ｔと充電開始前の電池電圧Ｖｏが、予めＲＯＭ５５に記憶してある領域Ａ内の定電流充電時間（ｔの設定値）と充電開始前の電池電圧（Ｖｏの設定値）に含まれているか否かを比較する処理である。

ステップ７１０において領域Ａと判別したら、「寿命電池」判別フラグを“１”にセットする（ステップ７１１）。

ステップ７１０において領域Ａではないと判別した場合は、領域Ｂか否かを判別し（ステップ７１３）、領域Ｂの場合は「寿命間近電池」判別フラグを“１”にセットする（ステップ７１４）。その後、寿命判別終了フラグを“１”にセットし（ステップ７１２）、電池パック２の寿命判別を終了する。

次に、ステップ７１５へ進み、電池パック２が満充電であるか否かを判別し、ステップ７１５において満充電であると判別した場合は、出力ポート５３ａよりハイ信号を出力し、それにより充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に信号を伝達することにより充電を停止させる（ステップ７１６）。

充電を終了したら、「寿命電池」判別フラグが“１”であるか否かを判別する（ステップ７１７）。「寿命電池」判別フラグが“１”の場合は「寿命」であることを表示するために、表示手段１２１の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５３ｂからハイ信号を一定周期毎たとえば０．５秒毎に出力することにより緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点滅させる（ステップ７１８）。

ステップ７１７において「寿命電池」判別フラグが“１”でない場合は、「寿命間近電池」判別フラグが“１”か否かを判別する（ステップ７１９）。

ステップ７１９において「寿命間近電池」判別フラグが“１”の場合は「寿命間近」であることを表示するために、表示手段１２１の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５３ｂからハイ信号を一定周期毎たとえば１秒毎に出力することにより緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点滅させる（ステップ７２０）。

ステップ７１９において「寿命間近電池」判別フラグが“１”でない場合は電池パック２が正常であり、かつ充電が終了しているので、表示手段１２１の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５３ｂからハイ信号を出力することにより緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点灯させる（ステップ７２１）。

その後、電池パック２が充電装置４００より抜かれたら（ステップ７２２）、ステップ４０１に戻る。

なお、以上の実施形態では、「寿命」、「寿命間近」、「正常」の表示は、ＬＥＤの点滅の速度を変えるようにしたが、複数のＬＥＤを使用してもよく、またブザー等を使用してもよい。また、定電流・定電圧制御によって充電される電池パックの電池種としてリチウムイオン電池を例に説明したが、本発明はその他の電池種の定電流・定電圧制御に適用してもよい。

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。

本発明の一実施形態に係る充電装置の回路図。 図１に示した充電装置による充電制御方式の第１の実施形態を示すフローチャート。 図１に示した充電装置の定電流・定電圧充電制御による電池の充電特性図。 定電流充電の充電時間と充電開始前の電池電圧との関係を示す特性図。 図４の特性図に基づいて充電電池の劣化度を判別する判別値を示す特性図。 定電流充電の充電時間と充電開始前の電池電圧との関係を示す特性図。 図１に示した充電装置による充電制御方式の第２の実施形態を示すフローチャート。 電池の放電容量と充放電サイクル数との関係を示す特性図。

符号の説明

１：入力商用電源 ２：電池パック ２ａ：電池セル ２ｂ：感温素子
２ｃ：電池種判別素子 ３：電流検出抵抗
４：充電制御信号伝達手段（ホトカプラ） ５：充電帰還信号伝達手段（ホトカプラ）
６：検出用抵抗 ７：電池電圧検出手段 ７ａ、７ｂ：分圧用抵抗
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：スイッチング電源回路 ２１：高周波トランス ２２：ＭＯＳＦＥＴ
２３：ＰＷＭ制御ＩＣ ３０：第２の整流平滑回路 ３０ａ：出力端子
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 ３５：放電用抵抗 ４０：出力電圧検出手段
４１、４２：分圧用抵抗 ５０：マイコン（制御回路装置） ５１：ＣＰＵ
５２：Ａ／Ｄコンバータ ５３ａ、５３ｂ：出力ポート
５４：リセット入力ポート ５５：ＲＯＭ ５６：ＲＡＭ ５７：タイマ
６０：充電電流制御手段 ６１ａ、６１ｂ：オペアンプ（演算増幅器）
６２、６４：オペアンプの入力用抵抗 ６３、６５：オペアンプの帰還用抵抗
６６、６７：充電電流設定用分圧抵抗 ６８：抵抗 ６９：ダイオード
７０：電池温度検出手段 ７１、７２：分圧用抵抗 ８０：充電電圧制御手段
８０ａ：充電電圧制御手段（出力電圧制御手段） ８１：オペアンプ
８２、８３：オペアンプの入力用抵抗 ８４：オペアンプの帰還用抵抗
８５：抵抗 ８９：ダイオード ９０：直流電源回路
９１：整流用ダイオード ９２：電源トランスの２次コイル
９３：平滑用コンデンサ １００：定電圧電源 １０１：スイッチング電源用ＩＣ
１０２：電源トランス １０２ａ：電源トランスの１次コイル
１０２ｂ：電源トランスの２次コイル １０３：整流用ダイオード
１０４：平滑用コンデンサ １０５：フィードバック回路装置
１０６：シャントレギュレータ １０７、１０８：分圧用抵抗
１０９：平滑用コンデンサ １１０：３端子レギュレータ
１１１：平滑用コンデンサ １１２：リセットＩＣ １２０：表示回路
１２１：表示手段（ＬＥＤ） １２２、１２３：電流制限用抵抗
２００：充電電源手段 ４００：充電装置

Claims (2)

1. 二次電池に対して定電流を通電した後に、定電圧を印加する定電流・定電圧充電制御方式の充電装置であって、前記定電流を通電するための充電電流制御回路と、前記定電圧を印加するための充電電圧制御回路と、充電状態の表示を含む表示回路と、前記充電電流制御回路、前記充電電圧制御回路および前記表示回路を制御するための制御回路装置とを具備する充電装置において、
   前記制御回路装置は、基準となる二次電池について、定電圧充電開始前の電池電圧値と、該電池電圧値に対応して充電に必要な定電流充電時間の判別値との関係を予め記憶装置に記憶しておき、
   前記制御回路装置は、充電を行う二次電池について、定電流充電を行った時間と、定電圧充電開始前の電池電圧とを実測し、前記実測電池電圧に対応する前記実測時間が予め前記記憶装置に記憶された前記判別値以下であると判定した場合、前記充電を行った二次電池は寿命が間近いことを前記表示回路に表示させることを特徴とする充電装置。
2. 前記制御回路装置は、充電終了状態を表示する前記表示回路の表示手段を兼用して前記二次電池が寿命間近であることを表示させることを特徴とする請求項１に記載された充電装置。

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