JP2010115047A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 充電に適さない高温状態の二次電池が装着された場合、装置側に故障があっても確実かつ容易に充電を停止することが可能な充電装置を提供すること。
【解決手段】 電池パック２が装着されると電池温度検出回路３が電池温度を検出し、所定温度未満であれば通常の充電を行う。所定温度以上の場合には、所定時間充電を行わずに待機する。待機状態で所定時間経過直後、再び電池温度を参照温度として検出する。この参照温度に対し、電池パック２の温度が所定変動値以上上昇した場合には、マイコン５０はＳＷ制御ＩＣ停止信号を出力し、ＳＷ制御ＩＣ停止回路２６を介して定電圧回路２５の出力電圧を低下させることによりＳＷ制御ＩＣ２３を停止させる。これによって、意図しない充電が行われている場合にスイッチング電源を停止させることができ、さらなる故障が回避できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動工具に用いられる二次電池を充電する充電装置に関する。

従来、充電装置においては、充電電力の出力線路中にリレー等のスイッチを設けて、充電前や満充電後等の充電を行っていない場合にはスイッチを遮断することにより、充電装置の電力供給ラインと二次電池とが接続しないようにして、二次電池に電力を供給できないようにしている例がある（例えば、特許文献１参照）。

また、二次電池を充電するための第一の電力源と、充電装置の制御系へ電力を供給する第一の電力源とは異なる第二の電力源を有するような充電装置においては、前述したようなスイッチが無い場合がある。このような場合、二次電池の充電を行っていないときには、第二の電力源は駆動を継続させておく一方で第一の電力源を停止状態にすることによって、二次電池に電力を供給しないような構成を採用していることがある。
特開２００４−１８７３６６号公報

しかし、上記のような充電装置においては、何らかの故障によって、充電されるべき状態ではないのに電源から二次電池に誤って電力が供給され、充電が行われてしまうことがある。このような充電されるべき状態ではない例として、電池実装時に電池温度がある所定値以上の値である場合が考えられる。

二次電池を駆動源としたドリル等の電動工具は、駆動時に非常に大きなパワーを要するため、二次電池には大電流が流れる。二次電池に大電流が流れると、二次電池の温度が上昇していく。このように、二次電池の温度がある所定値以上に達している場合に充電を行うことは、電池の寿命等に影響を与えることがある。よって、充電装置側では、電池がある所定温度以上の場合は充電を許可せず所定温度以下になるまで待機し、所定温度以下に達した時点で充電を許可するような制御が搭載されている（以下、この制御を高温待機と称する）。

しかし、例えば、充電装置から電池への電力供給路の接続をオンオフする電力供給手段が故障し、電池状態の如何にかかわらず電力供給が継続されてしまうような場合など何らかの故障が生じた場合には、高温待機状態にもかかわらずスイッチング電源などの電力源から二次電池に電力が供給されてしまう危険性が考えられる。ところが、電池は、基本的に充電時には温度が上昇する。よって、高温待機時に何らかの故障により電力が供給され続ければ、電池温度は低下することなく上昇し続ける。一方、この際には充電装置側はあくまで高温待機状態であると判別している。すなわち、充電は行われていないと判別しているため、充電が停止することなく継続されることになり、電池の過熱による寿命の低下を起こす場合がある。

このような、高温待機状態における故障による充電を回避するため、電池温度が所定値以上の場合には電力源となるスイッチング電源自体を停止する構成にすることも考えられる。しかし、工具使用直後の非常に高温状態となった二次電池を充電装置に実装した場合などには、故障ではないのに電源が停止してしまうという問題が生じる。

そこで本発明は、充電装置に故障があっても、充電に適さない所定温度以上の二次電池を誤って充電することを防止することによって、過熱による二次電池の寿命の低下や、故障を回避することが可能な充電装置を提供することを目的とする。さらに、工具使用直後など、充電装置の故障でない電池温度の上昇時には、不必要に電源を停止することなく、確実に充電することが可能な充電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電池を充電するための充電装置であって、電池温度を検出する電池温度検出手段と、電池温度検出手段が検出した電池温度を記憶する記憶手段と、外部電源からの電源供給を受けて電池への電力の供給を行う電力供給手段と、外部電源から電力供給手段への電力供給を停止するための電源停止手段と、充電装置の動作を制御する制御手段と、を有し、制御手段は、電池温度検出手段によって検出された電池温度が所定温度以上である場合には、電力供給手段に電池への電力供給を開始させずに待機させる充電待機指示手段と、充電待機指示手段により電力供給手段からの電力供給を待機させた後に電池温度検出手段が検出した電池温度を参照電池温度として記憶手段に記憶させる参照電池温度記憶指示手段と、参照電池温度が記憶されたのちに電池温度検出手段が検出した電池温度が、参照電池温度よりも所定変動値以上上昇した場合には、電源停止手段を作動させる電源停止指示手段と、を備えたことを特徴としている。

このような構成によると、電池が実装された際に所定温度以上になっている場合には、まず所定時間充電開始を遅らせ、その後さらに所定変動値以上の温度上昇が検出された場合には、充電装置に何らかの故障があると判断して、電源を停止させる。

請求項２に記載の発明は、充電待機指示手段が電力供給手段に電池への電力供給を開始させずに待機させる状態が所定時間以上継続した場合に、参照電池温度記憶指示手段が参照電池温度を記憶手段に記憶させることを特徴としている。

このような構成によると、電池が実装された際に所定温度以上になっている場合には、まず所定時間充電開始を遅らせ、所定時間経過後に改めて電池の温度上昇があるか否かを判別する。所定時間後にさらに所定変動値以上の温度上昇が検出された場合には、充電装置に何らかの故障があると判断して、電源を停止させる。

請求項３に記載の発明は、電池を充電するための充電装置であって、電池温度を検出する電池温度検出手段と、電池温度検出手段が検出した電池温度を記憶する記憶手段と、外部電源からの電源供給を受けて電池への電力の供給を行う電力供給手段と、外部電源から電力供給手段への電力供給を停止するための電源停止手段と、充電装置の動作を制御する制御手段と、を有し、制御手段は、電力供給手段から前記電池への電力供給を待機しているときに電池温度検出手段が検出した電池温度を参照電池温度として記憶手段に記憶させる参照電池温度記憶指示手段と、参照電池温度が記憶されたのちに電池温度検出手段が検出した電池温度が、参照電池温度よりも上昇した場合には、電源停止手段を作動させる電源停止指示手段と、を備えたことを特徴とする充電装置。

このような構成によると、充電待機状態になっている場合には、まず電池温度を検出し、その後温度上昇が検出された場合には、充電装置に何らかの故障があると判断して、電源を停止させる。

本発明の請求項１に記載の充電装置よれば、電池温度が所定温度以上になっており充電に適さない状態の電池が、充電装置の何らかの故障により誤って充電されてしまった場合には、安全かつ容易な方法で電源を停止させることによって、充電を停止させることができる。また、請求項２に記載の充電装置によれば、工具使用直後であることなどにより充電装置への装着後も電池の温度上昇が生じている場合には、電池温度が所定温度以上になっていることが検出されて充電待機状態なってからさらに、所定時間経過後に改めて所定値以上の温度上昇が検出された場合にのみ、電源を停止することができる。よって、不要に電源を停止することなく、確実に充電を行うことができる。これにより、充電装置のさらなる故障や、電池の過熱による寿命の低下などの不具合を回避することができるという優れた効果を奏し得る。

請求項３に記載の充電装置によれば、制御手段が充電を待機しているにも拘らず充電装置の何らかの故障により誤って充電されてしまった場合でも、予期せぬ充電を適切に判断し、容易な方法で電源を停止させることができる。

以下図面を参照しながら、本発明の一実施の形態による充電装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による充電装置１００を示す回路図である。図１に示すように、充電装置１００は、交流電源１から電力を供給されており、出力側に接続された電池パック２を充電する充電装置である。

交流電源１は、例えば商用電源などの外部電源である。電池パック２は、複数の素電池を直列接続したものであり、内部にサーミスタ２ａ、電池種判別抵抗２ｂを備えている。サーミスタ２ａは、素電池の電池温度を検出するための感温素子である。電池種判別抵抗２ｂは、充電装置１００に電池パック２を装着した際の電圧変化により電池の種類を判別するための判別抵抗である。ここでの電池種とは例えば、電池種判別抵抗２ｂがＸという抵抗であればニカド電池、Yという抵抗であればニッケル水素電池といったものである。尚、電池種は前述したニカド電池、ニッケル水素電池に限るものではない。

充電装置１００は、一次側整流平滑回路１０、スイッチング電源２０、高周波トランス２１、２次側整流平滑回路３０、充電電流制御回路６０、充電電圧制御回路７０、フォトカプラ８、ＳＷ制御ＩＣ停止信号伝達回路９、電力供給回路６、電力供給制御回路７を有し、マイコン５０によって動作を制御されている。

一次側整流平滑回路１０は、全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなり、交流電源１から入力される交流を、整流および平滑して出力する。スイッチング回路２０は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ２２、ＳＷ制御ＩＣ２３、起動抵抗２４、ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２５、およびＳＷ制御ＩＣ停止回路２６からなる。スイッチング回路２０は、一次側整流平滑回路１０の出力を切り替えるタイミングを調整する等によって、高周波トランス２１の一次側コイルへの出力を制御するための回路である。

高周波トランス２１は、１次巻線２１ａ、２次巻線２１ｂ、３次巻線２１ｃ、４次巻線２１ｄからなり、スイッチングされた入力電圧が印加される１次巻線２１ａに対し、２次巻線２１ｂはＳＷ制御ＩＣ２３駆動用の出力巻線、３次巻線２１ｃは電池パック２を充電するための出力巻線、４次巻線２１ｄはマイコン５０等の制御系電源用の出力巻線である。なお１次巻線２１ａに対し、２次巻線２１ｂ、４次巻線２１ｄは同極性で、３次巻線２１ｃは逆極性である。なお、一次側整流平滑回路１０、スイッチング回路２０および高周波トランス２１は、スイッチング電源として機能する。

スイッチング回路２０において、起動抵抗２４とＳＷ制御ＩＣ２３とは、一次側整流平滑回路１０の出力側に、互いに直列に接続されている。起動抵抗２４は、一次側整流平滑回路１０の出力をＳＷ制御ＩＣ２３に入力することによりＳＷ制御ＩＣ２３を起動させるための抵抗である。ＳＷ制御ＩＣ２３は、ＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて出力電圧を調整するＳＷ電源ＩＣである。ＳＷ制御ＩＣ２３には、フォトカプラ８から、スイッチングのタイミングを制御するための充電電流および充電電圧に応じたフィードバック信号が入力されている。また、ＳＷ制御ＩＣ２３は、定電圧回路２５から駆動のための定電圧が入力されている。ＳＷ制御ＩＣ２３の出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに接続され、所定のタイミングのパルス信号によりＭＯＳＦＥＴ２２を制御している。ＭＯＳＦＥＴ２２のドレインは、高周波トランス２１の１次巻線２１ａの出力側に接続され、ソースは、一次側整流平滑回路１０のマイナス側出力に接続されている。

ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２５は、ダイオード２５ａ、コンデンサ２５ｂ、抵抗２５ｃ、ＮＰＮトランジスタ２５ｄ、ツェナダイオード２５ｅから構成されている。ダイオード２５ａとコンデンサ２５ｂとは、互いに直列に接続された状態で２次巻線２１ｂの両端に接続されている。ＮＰＮトランジスタ２５ｄのコレクタは、ダイオード２５ａのカソード側に接続され、ゲートは、ツェナダイオード２５ｅおよびＳＷ制御ＩＣ停止回路２６のＦＥＴ２６ｆのドレインに接続され、エミッタは、ＳＷ制御ＩＣ２３に接続されている。さらに、ＮＰＮトランジスタ２５ｄのコレクタ・ゲート間には、抵抗２５ｃが接続されている。

交流電源１から電力を供給されたのち、後述するＳＷ制御ＩＣ２３のスイッチング動作の停止はなく駆動されている通常の駆動時(以下、通常時と称する)において、ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２５は、ツェナダイオード２５eとＮＰＮトランジスタ２５ｄのベース・エミッタ間の電圧約０．６ボルトとの和に相当する電圧をＳＷ制御ＩＣ２３に印加し、ＳＷ制御ＩＣ２３はこれを電源としてスイッチング動作を行う。ツェナダイオード２５ｅについてはＳＷ制御用ＩＣ２３の電源電圧として、その値を十分満たす値のものを選定する。

ＳＷ制御ＩＣ停止回路２６は、抵抗２６ａ、フォトカプラの受信部２６ｂ（送信部は９ａ）、ツェナダイオード２６ｃ、ＰチャネルのＦＥＴ２６ｄ、ＮチャネルのＦＥＴ２６ｅ、ＦＥＴ２６ｆから構成される。抵抗２６ａの入力側は、一次側整流平滑回路１０の出力側に接続されている。抵抗２６ａの出力側は、フォトカプラの受信部２６ｂ、ＦＥＴ２６ｄのソース、およびツェナダイオード２６ｃに接続されている。ＦＥＴ２６ｄのゲートは、ＦＥＴ２６ｅのドレインに接続され、ＦＥＴ２６ｄのドレインは、ＦＥＴ２６ｅのゲートおよびＦＥＴ２６ｆのゲートに接続されている。ＦＥＴ２６ｅのソース、ＦＥＴ２６ｆのソース、およびツェナダイオード２６ｃのアノードは、一次側整流平滑回路のマイナス側出力に接続されている。

通常時においては、ＳＷ制御ＩＣ停止回路２６は動作していないが、後述するＳＷ制御ＩＣ停止信号伝達回路９からの信号により受信部２６ｂがオンすると動作する。すなわち、受信部２６ｂがオンすることによって、一次側整流平滑回路１０によって整流された出力電圧が、抵抗２６ａ、受信部２６ｂを介してＦＥＴ２６ｅのゲートおよびＦＥＴ２６ｆのゲートに印加され、ＦＥＴ２６ｅ、ＦＥＴ２６ｆはオン状態になる。同様に、一次側整流平滑回路１０の出力電圧が抵抗２６ａを介してツェナダイオード２６ｃに印加されることにより、ＦＥＴ２６ｄのソースにツェナダイオード２６ｃのツェナ電圧に相当する値が印加される。また、オン状態になったＦＥＴ２６ｅのドレイン・ゲート間の電位がＦＥＴ２６ｄのゲート・ドレイン間に印加されることにより、ＦＥＴ２６ｄがオンする。

ＳＷ制御ＩＣ２３は、ツェナダイオード２５eとトランジスタ２５ｄのベース・エミッタ間の電圧約０．６Ｖの和に相当する電圧が印加されていることにより動作状態になるわけであるが、上記のようにＦＥＴ２６ｆがオン状態となることにより、いわばツェナダイオード２５ｅはショート状態になる。このため、ＳＷ制御ＩＣ２３に印加される電圧が降下し、０．６Ｖ程度まで落ちる。ＳＷ制御ＩＣ２３に印加される電圧が０．６V程度というＳＷ制御ＩＣ２３の動作に必要な電圧以下になることにより、当然ＳＷ制御ＩＣ２３はスイッチング動作を停止する。

このようにＳＷ制御ＩＣ２３が停止すると、フォトカプラの送信側９ｂからの信号も伝達されなくなるため受信部２６ｂがオフとなる。しかし、本実施形態においては、受信部２６ｂが一旦オン状態になって以降は、受信部２６ｂがオンまたはオフのいずれの場合にも、一次側整流平滑回路１０の出力が、抵抗２６ａと、オン状態となったＦＥＴ２６ｄおよびＦＥＴ２６ｅの経路で維持される。このため、再度ＳＷ制御ＩＣ２３にツェナダイオード２５eとトランジスタ２５ｄのベース・エミッタ間の電圧約０．６Ｖの和に相当する電圧が印加されてしまい動作状態になる、ということはない。しかし、このＳＷ制御ＩＣ２３のオフ状態は、交流電源１と充電装置１００との接続を、コンセントを抜くなどの作業によりオフすることで解除され、再び交流電源１と充電装置１００との接続を行えば通常の動作に戻ることになる。

高周波トランス２１の３次巻線２１ｃの出力側には、二次側整流平滑回路３０が接続されている。二次側整流平滑回路３０は、ダイオード３１、平滑用コンデンサ３２、抵抗３３からなり、３次巻線２１ｃの出力を整流平滑する。ダイオード３１と平滑用コンデンサ３２とは互いに直列に接続されて、３次巻線２１ｃの両端に接続されており、抵抗３３は、平滑用コンデンサ３２と並列に接続されている。

充電電圧制御回路７０は、抵抗７０ａ、ツェナダイオード７０ｂから構成され、充電電圧を制御するための信号をフォトカプラ８を介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還するための回路である。抵抗７０ａとツェナダイオード７０ｂとは、互いに直列に接続されており、抵抗７０ａの入力側は、二次側整流平滑回路３０の出力側に接続され、ツェナダイオード７０ｂの出力側は、フォトカプラ８に接続されている。ツェナダイオード７０ｂの値は、充電電圧を定めている。充電電圧制御回路７０は、二次側整流平滑回路３０からツェナダイオード７０ｂにツェナ電圧以上の電圧が印加されると、信号伝達手段であるフォトカプラ８に電圧を抑制する電圧制御信号を出力することにより、充電電圧を制御している。

充電電流制御回路６０は、抵抗６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆ、オペアンプ６０ｇ、ダイオード６０ｈ、シャント抵抗６０ｉから構成され、充電電流を制御するための信号をフォトカプラ８を介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還するための回路である。抵抗６０ａおよび抵抗６０ｂは、電圧Ｖｃｃと基準電位点との間に互いに直列に接続されている。抵抗６０ｃの入力側は、抵抗６０ａの出力側に直列に接続され、抵抗６０ｃの出力側はオペアンプ６０ｇの反転端子に接続されるとともに抵抗６０ｄに接続されている。オペアンプ６０ｇの非反転入力端子には、抵抗６０ｅが接続され、シャント６０ｉは、抵抗６０ｄと抵抗６０ｅとの間に接続されている。オペアンプ６０ｇの出力側は、互いに直列に接続された抵抗６０ｆおよびダイオード６０ｈを介して、フォトカプラ８に接続されている。

上記のような構成により、抵抗６０ｃと抵抗６０ｄとの接続点に所定電圧を生成し、オペアンプ６０ｇの反転入力端子に印加している。抵抗６０ｅはオペアンプ６０ｇの非反転入力端子と電池パック２からの出力との間に接続され、電池パック２に流れる充電電流に応じた電流が流入することによって、電池パック２の充電電流に応じた電圧をオペアンプ６０ｇの非反転入力端子に印加している。オペアンプ６０ｇが、２つの入力端子に印加される電圧の差に応じた電圧を出力すると、抵抗６０ｆ、ダイオード６０ｈおよびフォトカプラ８を介して、ＳＷ制御ＩＣ２３にオペアンプ６０ｇの出力に応じて出力電圧を抑制する信号が入力されることによって、１次巻線２１ａの出力電圧を制御し、電池パック２の充電を定電流制御する。

フォトカプラ８は、充電電圧制御回路７０からの電圧制御信号及び充電電流制御回路６０からの電流制御信号をＳＷ制御ＩＣ２３に帰還する信号伝達手段である。

充電装置１００は、マイコン５０を動作させるために、定電圧回路４０を有している。また、電池パック２のサーミスタ２ａと接続される電池温度検出回路３、電池種判別抵抗２ｂと接続される電池種判別回路４、電池電圧を検出する電池電圧検出回路５をさらに備えている。

定電圧回路４０は、ダイオード４１、コンデンサ４２、４４、３端子レギュレータ４３、リセットＩＣ４５からなる。３端子レギュレータ４３の第１の端子は、ダイオード４１を介して４次巻線２１ｄに接続されると共にコンデンサ４２を介して基準電位点に接続されている。３端子レギュレータ４３の第２の端子は基準電位点に接続され、第３の端子はコンデンサ４４を介して基準電位点に接続されるとともに電圧Ｖｃｃの電位点に接続され、さらにマイコン５０に接続されている。リセット入力ポート５４は、電圧Ｖｃｃと基準電位点との間に接続されている。定電圧回路４０は、４次巻線２１ｄの出力を所定の電圧Ｖｃｃに変換し、マイコン５０等の電源として出力している。リセットＩＣ４５はマイコン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。

マイコン５０は、ＣＰＵ５１、Ａ／Ｄポート５２、出力ポート５３ａ、５３ｂ、リセットポート５４を備え、充電装置１００の動作を制御している。Ａ／Ｄポート５２は、電池温度検出回路３、電池種判別回路４、および電池電圧検出回路５からの信号を入力されている。出力ポート５３ａは、電力供給制御回路７に、電池パック２への充電電流供給の有無を制御するための信号を出力している。出力ポート５３ｂは、ＬＥＤ８０に電池が充電中であることを示すために点灯させる信号を出力している。

電池温度検出回路３は、電圧Ｖｃｃと基準電位との間に互いに直列に接続された抵抗３ａと抵抗３ｂとを有している。電池パック２が充電装置１００に実装されていない場合には、マイコン５０に電圧Ｖｃｃを抵抗３ａと抵抗３ｂとで分圧した値を出力する。電池パック２が充電装置１００に接続されると、抵抗３ｂと並列にサーミスタ２ａが配置されることになり、電圧Ｖｃｃを抵抗３ａと、抵抗３ｂとサーミスタ２ａとの並列抵抗とで分圧した値を出力する。よって、電池温度に応じた電圧をＡ／Dポート５２に出力することになる。また、上述のように、電池の実装の前は定電圧値が出力され、実装後は電池温度に応じた出力となるので、マイコン５０はこの出力の変化によって電池パック２の実装を判別する。

電池種判別回路４は、電圧Ｖｃｃに接続された抵抗４ａを有している。電池パック２が充電装置１００に実装されると、電池種判別抵抗２ｂと接続され、電圧Ｖｃｃを抵抗４ａと電池種判別抵抗２ｂとで分圧した電圧をＡ／Dポート５２に出力する。これにより、Ａ／Dポート５２に電池の種別に応じた電圧が出力される。

電池電圧検出回路５は、抵抗５ａ、５ｂから構成されている。電池パック２が実装されると、抵抗５ａの入力側に電池電圧が入力される。抵抗５ａの出力側は、マイコン５０に接続されるとともに、抵抗５ｂを介して基準電位に接続されている。電池パック２の電池電圧は、電池電圧検出回路５において抵抗５ａと抵抗５ｂとで分圧され、その値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力されることによって検出される。

電力供給回路６は、電池パック２に充電装置１００からの電力を供給するための電力供給手段である。電力供給回路６としてはリレーが例として挙げられるが、これに限るものではない。電力供給回路６は、電力供給制御回路７からの信号により、充電装置１００から電池パック２への電力供給の有無を切り替える。

電力供給制御回路7は、電力供給回路6を制御するための電力供給制御手段である。電力供給制御回路7は、マイコン５０の出力ポート５３ａからの信号により電力供給回路６を制御する。

ＳＷ制御ＩＣ停止信号伝達回路９は、ＳＷ制御ＩＣ２３そのものを停止させるための信号を伝達するための、フォトカプラの送信部９ａ(受信部は２６ｂ)、ＦＥＴ９ｂ等からなる信号伝達手段である。送信部９ａのアノード側は、整流平滑回路３０の出力に接続され、カソード側はＦＥＴ９ｂのドレインに接続されている。ＦＥＴ９ｂのゲートには、マイコン５０の出力ポート５３ｂからの信号が入力されており、その信号によりＦＥＴ９ｂは制御される。後述するように、充電装置１００において何らかの故障が発生したと判別された場合には、マイコン５０は出力ポート５３ｂから所定信号を出力してＦＥＴ９ｂをオンさせる。ＦＥＴ９ｂがオンした場合は、上述のようにフォトカプラの送信部９ａが発光することによって、受信部２６ｂを介してＳＷ制御ＩＣ停止回路２６へ信号が伝達される。

ＬＥＤ８０は、充電状態を表示するためのＬＥＤである。ＬＥＤ８０はマイコン５０の出力ポート５３ｂからの信号によって、点灯及び消灯する。本実施形態においては、ＬＥＤ８が点灯中の場合は充電中、消灯の場合は非充電中、点滅の場合には高温待機中であるものとする。

次に、本実施の形態における充電制御動作の一例を、図２のフローチャートを用いて説明する。図２に示すように、交流電源１を充電装置１００に接続すると、マイコン５０は出力ポート５３ａ、５３ｂをイニシャルセットする。次に、電池パック２が充電装置１００に接続されたか否かを判別する（ステップ２０１）。電池パック２の接続は、例えば上述のように、電池温度検出回路３を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値に変化があった場合に電池パック２が接続されたものとする。ステップ２０１において、電池パック２が実装されたと判別した場合は、電池温度検出回路３によって検出される電池温度が、所定値以上か否かを判別する（ステップ２０２）。ステップ２０２における判別は、電池パック２が、充電するには適さない高温状態にあるか否かを判別するものであり、例えば所定値としては６０℃程度とすればよい。

ステップ２０２において電池温度が所定値以上ではないと判別された場合は、ＬＥＤ８０を点灯させることにより、充電中を示す表示にする（ステップ２０３）。ＬＥＤ８０は、マイコン５０の出力ポート５３ｂからの信号によって点灯する。次に、充電を開始する（ステップ２０４）。充電は、マイコン５０の出力ポート５３ａより、電力供給制御回路７を介して電力供給回路６を制御し、電池パック２に充電電力を供給することによって開始される。

その後、満充電か否かを検出する（ステップ２０５）。満充電判別は周知の如く種々の検出方法がある。例えば、−ΔＶ検出法は電池電圧検出回路５の出力に基づいて充電末期のピーク電圧から所定量降下したことを検出して満充電と判定する。また２階微分検出法は、電池電圧がピークに達する前に充電を停止することにより過充電を低減し、電池のサイクル寿命を向上させることを目的とし、電池電圧の時間による２階微分値が負になる時点を検出して満充電と判定する。また、ΔＴ検出法は、電池温度検出回路３の出力に基づいて充電開始からの電池の温度上昇値が所定の温度上昇値以上になるのを検出して満充電と判定する。更にｄＴ／ｄｔ検出法は、特開昭６２−１９３５１８号公報、特開平２−２４６７３９号公報、実開平３−３４６３８号公報等に記載されているように、充電時における所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）が所定値以上になるのを検出して満充電と判定する。満充電の検出には上述した方法の中の一つ又は複数の方法を用いて行えばよいが、これらに限るものではない。

満充電を検出した後は、充電を終了する（ステップ２０６）。充電は、マイコン５０の出力ポート５３ａより電力供給制御回路７を介して電力供給回路6を制御し、電池パック２への充電電力供給を停止することによって終了される。

その後ＬＥＤ８０は、マイコン５０の出力ポート５３ｂからの信号によって消灯する（ステップ２０７）。本実施形態においてはＬＥＤ８０を消灯することで充電終了を示すものとする。その後、電池パック２が充電装置から外された場合（ステップ２０８）は、ステップ２０１に戻る。

以上の制御は、充電装置１００がステップ２０２において電池パック２が充電には適さない高温状態にはないと判別し、通常に充電が行われた場合の充電終了までの充電の流れである。

次に、ステップ２０２において、電池パック２が充電には適さない高温状態にあると判別された場合について説明する。ステップ２０２において、電池パック２が高温状態であると判別された場合は、まず、ステップ２０９において所定時間経過フラグが１であるか否かを判別する。後述するように、高温待機状態になってから所定時間経過していなければ、所定時間経過フラグは１ではないので、ステップ２１０に進む。

ステップ２１０においては、ＬＥＤ８０を点滅させる。本実施形態においては、ＬＥＤ８０が点滅している場合は高温待機状態を表すものとする。次に高温待機状態になってから所定時間経過しているか否かを判別する（ステップ２１１）。ステップ２１１において所定時間経過していない場合はステップ２０２に戻る。所定時間経過している場合は、所定時間経過フラグを１にする（ステップ２１２）。

その後、所定時間経過直後の電池温度検出手段３において検出される電池温度の値をマイコン５０に記憶する（ステップ２１３）。次に、ある所定サンプリング時間毎に、電池温度検出回路３において電池温度を検出する（ステップ２１４）。次に、ステップ２１３において記憶された所定時間経過後の電池温度から、ステップ２１４において検出される現在の電池温度が所定以上上昇したか否かを検出する（ステップ２１５）。

ステップ２１５において、電池温度が所定値以上上昇したと判別した場合は、スイッチング電源を停止する（ステップ２１６）。このとき、Ａ／Ｄポート５２に電池温度検出回路３から入力された電圧値より、マイコン５０のＣＰＵ５１が電池パック２を所定温度以上であると判別すると、マイコン５０は、出力ポート５３ｂからＳＷ制御ＩＣ停止信号伝達回路９のＦＥＴ９ｂにオン信号を出力する。ＦＥＴ９ｂがオンすると、フォトカプラの送信部９ａから受信部２６ｂに信号が伝達されてオンする。受信部２６ｂがオンした後のスイッチング電源の停止の方法は、図１におけるＳＷ制御ＩＣ停止回路２６を説明した際に詳述した通り、スイッチング回路２０のＳＷ制御ＩＣ２３を停止することにより行われる。ステップ２１５において、電池温度が所定以上上昇したと判別しなかった場合は、ステップ２０２に戻る。

前述したように、工具の駆動源として使用されたばかりの二次電池は、非常に大きな電流が流れるため電池温度も大きく上昇する。そのため場合によっては、負荷が取り除かれた後もその直後においては電池温度が上昇し続ける。本実施の形態において、充電を行っていないため電池の温度が上昇するはずの無い高温待機状態において、電池の温度上昇が検出された場合は、何らかの故障により高温待機状態にも関わらず充電されているものと判別し、１次巻線２１ａへ供給される電力をスイッチングするＳＷ制御ＩＣ２３を停止するのがその趣旨であるが、前述したように場合によっては、通常時においても工具使用直後は温度が上昇する可能性がある。よって、ステップ２１１の処理のように、ある所定時間を経過した後に温度上昇を検出しようというものである。この所定時間としては例えば、ステップ２０２で、電池パック２の電池温度が所定値以上であると判別されてから１０分程度がその例として挙げられる。

上記実施の形態において、電池温度検出回路３は、電池温度検出手段に相当し、電力供給回路６は電力供給手段に相当し、ＳＷ制御ＩＣ停止回路２６は、スイッチング電源停止手段に相当する。また、マイコン５０は、本発明の記憶手段および制御手段に相当する。

以上詳細に説明したように、本実施の形態による充電装置１００によれば、電池パック２が装着されると電池温度を検出し、所定温度未満であれば通常の充電を行う。所定温度以上の場合には、所定時間充電を行わずに待機する。所定時間経過直後、再び電池温度を参照温度として検出する。このとき検出された参照温度に対し、電池パック２の温度がさらに所定変動値以上上昇した場合には、マイコン５０はＳＷ制御ＩＣ停止信号伝達回路９にＳＷ制御ＩＣ停止信号を出力し、ＳＷ制御ＩＣ停止回路２６を介して定電圧回路２５の出力電圧を低下させることによりＳＷ制御ＩＣ２３を停止させる。つまり、交流電源１から電力供給回路６への電力供給を停止する。すなわち、充電装置１００が充電を行っていないと認識しているにもかかわらず、意図しない充電が行われていると判断して、スイッチング電源を強制的に停止させる。

ＳＷ制御ＩＣ２３を停止させることによって、充電装置１００の例えば充電電力供給回路６が故障して常に導通状態になってしまっているような場合にも、電池パック２に電力の供給は行われない。一方、ＳＷ制御ＩＣ２３の停止後も充電装置１００には交流電源１が接続されており、ＳＷ制御ＩＣ停止回路２６の動作は継続される。しかし、ＦＥＴ２６ｄおよびＦＥＴ２６ｅの作用によりＳＷ制御ＩＣ２３への電圧供給が停止されているので、交流電源１と充電装置１００との接続を切断するまでは、ＳＷ制御ＩＣ２３の停止状態が維持される。交流電源１と充電装置１００との接続をいったん切断すると、充電装置１００の動作はリセットされて通常の充電動作が可能になる。

以上説明したように、本実施の形態による充電装置によれば、電動工具の電源として使用した直後など、二次電池の温度が所定温度以上に達しており充電に適さない場合には、充電をせずに待機させることができる。このとき、充電装置に何らかの故障があり、意図しない充電が行われるような場合にも、充電待機状態になってから所定時間経過後、さらに所定変動値以上の温度上昇がないか否かを検出することができる。所定変動値以上の温度上昇を検出すると、スイッチング電源を停止させることによって、二次電池への充電を停止させることができる。

なお、上記動作は、電池パック２に供給される充電電流を検出する充電電流検出回路を省略した、上記のような充電装置１００において可能であるので、回路構成をより簡略化できるとともにコストの低減効果もある。

よって、充電に適さない高温状態の二次電池を誤って充電することを回避できると共に、さらなる充電装置の故障や二次電池の過熱による寿命の短縮や故障などを確実かつ容易な方法で防止することが可能になる。

また、二次電池が高温待機状態になってからさらに所定時間後に参照温度を検出し、参照温度から所定変動値以上の温度上昇が検出された場合にスイッチング電源を停止させるので、二次電池の使用直後などで充電装置に装着後もさらに温度上昇が継続されている場合であり、かつ充電装置に故障がある場合でも、確実に電源を停止することができる。同時に、温度上昇が充電装置の故障によるものでない場合には、高温待機の間に電池温度の上昇が抑制されることになるので、不要な電源の停止を回避することも可能になる。

本発明による充電装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、充電装置１００の具体的な回路構成は上記例に限定されず、実質的に同様の動作をおこなうものであれば他の構成でもよい。また、上記実施の形態においては、参照温度を高温状態から所定時間経過した直後に検出していたが、ステップ２１２の所定時間を適宜変更することによって、例えば参照温度をステップ２０２で検出した温度とするといった処理の変更も可能である。さらに、上記所定時間を規定せず、高温待機状態になったら経過時間に拘わらず参照温度を検出し、温度上昇の有無を判別するという制御も可能である。

上記実施形態では、高温待機時において充電装置の異常を判別する構成を示したが、以下のような場合にも本発明を適用することができる。例えば、電池パック２の検出端子と充電装置１００側の検出端子とが正常に接続されず、マイコン５０が電池電圧検出回路５から信号を入力することができない場合には電力供給回路６、電力供給制御回路７により電池パック２への充電を禁止（待機）する。このように電池パック２の高温状態を原因とする充電待機以外の待機状態においても上記実施形態と同様に電池パック２の温度を監視し、温度上昇が生じたときにはスイッチング電源を止めるように構成してもよい。

本発明の充電装置は、電動工具に用いられる二次電池を充電する装置として利用可能である。

本実施の形態による充電装置の構成を示す回路図。 本実施の形態による充電装置の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１：交流電源 ２：電池パック ２ｂ：サーミスタ ３：電池温度検出回路 ６：電力供給回路 ７：電力供給制御回路 ９：ＳＷ制御ＩＣ停止信号伝達回路 ９ｂ：送信部 ２３：ＳＷ制御ＩＣ ２５：定電圧回路 ２６：ＳＷ制御ＩＣ停止回路 ２６ｂ：受信部 ５０：マイコン ６０：定電流制御回路 ７０：定電流設定回路。

Claims (3)

1. 電池を充電するための充電装置であって、
   電池温度を検出する電池温度検出手段と、
   前記電池温度検出手段が検出した前記電池温度を記憶する記憶手段と、
   外部電源からの電源供給を受けて前記電池への電力の供給を行う電力供給手段と、
   前記外部電源から前記電力供給手段への電力供給を停止するための電源停止手段と、
   前記充電装置の動作を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、
   前記電池温度検出手段によって検出された電池温度が所定温度以上である場合には、前記電力供給手段に前記電池への電力供給を開始させずに待機させる充電待機指示手段と、
   前記充電待機指示手段により前記電力供給手段からの電力供給を待機させた後に前記電池温度検出手段が検出した電池温度を参照電池温度として前記記憶手段に記憶させる参照電池温度記憶指示手段と、
   前記参照電池温度が記憶されたのちに前記電池温度検出手段が検出した電池温度が、前記参照電池温度よりも所定変動値以上上昇した場合には、前記電源停止手段を作動させる電源停止指示手段と、を備えたことを特徴とする充電装置。
2. 前記充電待機指示手段が前記電力供給手段に前記電池への電力供給を開始させずに待機させる状態が所定時間以上継続した場合に、前記参照電池温度記憶指示手段が前記参照電池温度を前記記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 電池を充電するための充電装置であって、
   電池温度を検出する電池温度検出手段と、
   前記電池温度検出手段が検出した前記電池温度を記憶する記憶手段と、
   外部電源からの電源供給を受けて前記電池への電力の供給を行う電力供給手段と、
   前記外部電源から前記電力供給手段への電力供給を停止するための電源停止手段と、
   前記充電装置の動作を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、
   前記電力供給手段から前記電池への電力供給を待機しているときに前記電池温度検出手段が検出した電池温度を参照電池温度として前記記憶手段に記憶させる参照電池温度記憶指示手段と、
   前記参照電池温度が記憶されたのちに前記電池温度検出手段が検出した電池温度が、前記参照電池温度よりも上昇した場合には、前記電源停止手段を作動させる電源停止指示手段と、を備えたことを特徴とする充電装置。

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