JP2010154703A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源を含む複数の電源を入力電源として使用することが可能な、電池パックを充電するための充電装置において、充電装置の大型化を抑制し、かつ製造コストを低減させることにある。
【解決手段】
少なくとも２つの入力電源２、３の接続端子４、５に対応して設けられた２つの入力巻線１０ａ、１０ｂ、ならびに該入力巻線１０ａ、１０ｂに対して電磁結合されて充電用電源電圧を出力するための充電出力巻線１０ｃおよび電気回路用電源電圧を出力するための補助出力巻線１０ｄを具備するトランス１０と、前記入力巻線１０ａ、１０ｂにそれぞれ電気的接続された第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２と、第１または第２のスイッチング素子１１、１２を共通的に制御するためのスイッチング制御回路１３とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コードレス電動工具等の携帯用機器の電源として用いられるニッケルカドミウム二次電池（以下、「ニカド二次電池」と称する）、リチウムイオン二次電池等の素電池から構成された電池パックを充電するための充電装置に関し、特に、商用電源を含む複数の電源を入力電源として使用可能とした充電装置に関する。

コードレス電動工具等の携帯用機器では、ニカド二次電池やリチウムイオン二次電池から構成された電池パックが一般に使用されている。従来、ニカド二次電池やリチウムイオン二次電池から構成された電池パックを充電するための充電装置は、商用電源を入力電源として使用している。しかしながら、コードレス電動工具を商用電源の設備がない場所で使用する場合、作業量が多いときは多数の予備の電池パックを準備する必要があり、電池パックの設備費用が嵩み、また作業現場への電池パックの運搬作業が困難となる。

そこで、電池パックを充電する充電装置の入力電源として商用電源を含む少なくとも２種類の入力電源から充電できるように構成した充電装置が提案されている。例えば、下記特許文献１および特許文献２には交流電源以外の直流電源も入力電源として使用できる充電装置が開示されている。

特開２００５―２４５１４５号公報 特開２００８―２３６８７８号公報

しかしながら、複数種の電源を入力電源として使用可能な公知の充電装置においては、上記特許文献に開示されているように、複数種の入力電源の数に対応して複数のトランス（スイッチングトランス）や複数のスイッチング制御回路等の電源回路を設けるため、充電装置は、部品点数が多くなって製造コストが高くなるという問題があり、また、充電装置の消費電力が大きくなるという問題がある。さらに、充電装置が大型化して、作業現場への運搬作業が困難になるという問題もある。

従って、本発明の目的は、複数種の電源を入力電源とする充電装置において、充電装置の回路部品点数を削減し、製造コストを低減させることにある。また、充電装置の大型化を抑制し、運搬に有利な充電装置を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、複数種の電源を入力電源とする充電装置において、充電装置の電力消費を低減させることにある。

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、２つの入力電源の何れか一つによって電池パックを充電することが可能な充電装置において、前記２つの入力電源の接続端子に対応して設けられた２つの入力巻線、および前記２つの入力巻線に対して電磁結合されて充電用電源電圧を出力するための充電出力巻線を具備するトランスと、前記トランスの前記各入力巻線に直列接続されて該各入力巻線に流れる電流をスイッチングさせるための第１および第２のスイッチング素子と、前記トランスの前記各入力巻線に供給する入力電源の電圧を検出するための入力電圧検出手段と、前記トランスの前記充電出力巻線に結合されて前記電池パックへ充電電流または充電電圧を供給するための充電回路と、前記２つの入力電源の種類に対応して前記充電回路の充電電流または充電電圧を設定するための制御手段と、前記制御手段の制御信号に基づいて前記第１または第２のスイッチング素子を共通的に制御するためのスイッチング制御回路と、を具備する。

本発明の他の特徴によれば、前記トランスは、充電装置内の電気回路に対して電源電圧を出力するための補助出力巻線を具備する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記入力電圧検出手段の出力に基づいて前記各入力巻線に結合された前記第１および第２のスイッチング素子への電力伝送経路を、択一的に導通または非導通に切替えるための切替手段を具備する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記２つの入力電源は、対応する前記接続端子へ、互いに異なる外観形状の電源ケーブルによって抜き差し可能に電気的接続される。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記２つの入力電源を電気的接続するための２つの接続端子は、対応する前記入力電源が択一的に電気的接続される接続端子を除き、他の接続端子を対応する入力電源に電気的接続できないようにするための接続禁止手段を具備する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記接続禁止手段は、前記他の接続端子を覆う遮蔽板を具備する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記２つの入力電源のうち、１つの入力電源は商用交流電源である。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御手段は、前記２つの入力電源が同時に前記各接続端子に電気的接続されているものと判別した場合、前記スイッチング制御回路を停止させるためのラッチ回路を含んでいる。

上記本発明の特徴によれば、複数の入力電源に対してスイッチングトランス（高周波トランス）およびスイッチング制御回路を共通化することができるので、充電装置の製造コストと大型化を抑制しつつ、少なくとも２種類の入力電源の何れか一つの電源によって電池パックを充電できる充電装置を提供することができる。

また、本発明は、共通の高周波トランスを使用するので、充電装置の消費電力を低減できる。

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にされる。

以下、本発明の充電装置に係る実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の機能または要素を示す部材には同一の符号を付し、その繰返しの説明を省略する。

図１は本発明の充電装置に係る一実施形態を示す外観図、図２は図１に示す充電装置の回路ブロック図である。また、図３の（ａ）および（ｂ）は図２に示した第１切替手段および第２切替手段の具体例をそれぞれ示す回路図、図４は図２に示したスイッチング制御回路の具体的例を示すブロック図、図５は本発明の充電装置の動作を説明するための制御フローチャートである。

［充電装置の全体構成について］
最初に、図２の回路ブロック図を参照して、充電装置１の全体の構成について説明する。図２に示した実施形態は、コードレス電動工具に用いられるリチウムイオン電池パック４０を充電装置１によって充電する例である。また、充電装置１の入力電源として商用電源２または商用電源２以外の直流電源３を接続できるように構成されている。

すなわち、充電装置１は、少なくとも２つの入力電源２および３のいずれか一つの電源を接続可能に構成されている。例えば、充電装置１の入力電源として商用電源が設けられている作業現場では、ＡＣケーブル４ａ（図１参照）を介してＡＣコネクタ４に商用電源２が供給される。一方、充電装置１の入力電源として商用電源が設けられていない作業現場では、例えば自動車のバッテリー（カーバッテリー）のような直流電源からＤＣケーブル５ａ（図１参照）を介してＤＣコネクタ５にＤＣ電源３が供給される。

なお、図１に示されるように、ＡＣケーブル４ａおよびＤＣケーブル５ａがそれぞれ接続されるＡＣコネクタ４およびＤＣコネクタ５の接続露出面には、Ｘ方向の左右に摺動可能なスライド板５０が設けられている。これによって、ＡＣコネクタ４またはＤＣコネクタ５のいずれか一方にケーブル４ａまたは５ａが接続されると、他方のコネクタ（５または４）は、スライド板５０によって遮蔽され、他方の不要な電源供給を防止することができる。

電池パック４０は、保護ＩＣ４１と、電池組４２と、充電時の異常な温度上昇を防止するサーマルプロテクタ４３と、電池組４２を構成するリチウムイオン二次電池（素電池）等の電池種および二次電池セル数（素電池数）を識別するための識別抵抗４４と、駆動電源Ｖｃｃに電気的接続させて電池温度端子ＬＳに異常信号を出力させる過充電信号伝達手段４５と、サーミスタ等の感熱素子４６とから構成され、電池パック４０は、複数の端子５６（＋、−、Ｔ、ＬＳ、およびＬＤを含む）によって充電装置１に電気的接続されている。

電池パック４０の種類は、電池パック４０の種類に対応して予め設定された識別抵抗４４の抵抗値によって検出される。識別抵抗４４の出力は、充電装置１の識別抵抗検出回路２９に入力され、充電装置１のマイコン１７に予め記憶された電池パック４０の種類と比較されて特定なものに判別される。この識別抵抗４４によって充電装置１の充電条件を電池パック４０の種類に対応して設定できる。

電池パック４０は、例えば、複数のリチウムイオン二次電池セルから成る素電池組４２によって構成される。素電池組４２は、保護ＩＣ４１によって過充電状態および過放電状態（または過電流状態）とならないように制御されている。この制御のために、保護ＩＣ４１は素電池組４２の各セルの端子電圧および負荷電流を監視するための過充電検出回路および過放電・過電流検出回路を具備している。

電池パック４０内に組込まれたサーマルプロテクタ４３は、素電池組４２から発熱する温度に応答して変形するバイメタル接点を用いた感温スイッチにより構成され、素電池組４２の温度が所定温度以上（例えば、８０℃以上）に達した場合、充電経路を遮断するように機能する。遮断した後は、素電池組４２の温度が所定温度以下まで低下すると、再び充電経路を接続する。サーマルプロテクタ４３は、感温素子４６の機能と共に、電池温度に対して二重の保護機能を達成するように接続される。

上記感温素子４６は、素電池組４２の充電時の電池温度を検出するために、素電池組４２に接触または近接して設けられた感温素子で、例えば、サーミスタによって構成される。感温素子４６における電池温度の検出情報は、充電装置１の電池温度検出回路３０を介して充電装置１のマイコン１７に入力される。

高周波トランス（スイッチングトランス）１０は、少なくとも２つの上記入力電源２、３を供給するためのコネクタ４、５に対応して設けられた２つの入力巻線１０ａ、１０ｂと、該入力巻線に対して電磁結合されて充電用電源電圧を出力するための充電出力巻線１０ｃと、電気回路用電源電圧Ｖｃｃを出力するための補助出力巻線１０ｄを具備する。高周波トランス１０は、比較的占有面積が大きな部品となるので、本発明によれば、複数の入力電源に対して一つのトランスを使用する。

第１平滑回路６は、トランス１０の入力巻線１０ａに結合された入力回路を形成し、交流電源２を整流するための整流回路と、平滑用コンデンサ、抵抗等（図示なし）から成る平滑回路とを具備する。商用電源２は第１平滑回路６によって全波整流され、また、整流電圧は直流電圧に平滑される。

第２平滑回路７は、トランス１０の入力巻線１０ｂに結合された入力回路を形成し、直流電源３から入力される入力電圧を平滑するための平滑用コンデンサ、抵抗等（図示なし）から成る平滑回路である。この回路は整流回路を含まない。
第３平滑回路８は、高周波トランス１０の充電出力巻線１０ｃに形成された整流回路を含む平滑回路である。この回路によって電池パック４０を充電するための直流電圧が出力される。

第４平滑回路９は、高周波トランス１０の補助出力巻線１０ｄに形成された整流回路を含む平滑回路である。第４平滑回路９の直流出力は、定電圧回路１４によって所定の直流電圧に調整され、マイコン１７を含む制御回路の駆動電源Ｖｃｃとして供給される。
第１スイッチング素子１１は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（パワー絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）から成る。第１スイッチング素子１１のソース、ドレイン出力は、入力巻線１０ａに直列接続され、第１平滑回路６の直流出力電圧をスイッチングさせて入力巻線１０ａに供給する。

第２スイッチング素子１２は、第１スイッチング素子１１と同様な半導体スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）から成る。第２スイッチング素子１２のソース、ドレイン出力は、入力巻線１０ｂに直列接続され、第２平滑回路７の直流出力電圧をスイッチングさせて入力巻線１０ｂに供給する。

スイッチング制御回路１３は、第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２のいずれか一方へ、スイッチング動作させるための駆動パルスを供給し、かつその駆動パルスのパルス幅を制御する。これによって、トランス１０の出力巻線１０ｃに発生する電圧を制御し、第３平滑回路８の出力電圧を調整する。

スイッチング制御回路１３は、図４に例示されるように、一般に、半導体集積回路技術によって製作されたＰＷＭＩＣ（パルス幅変調方式スイッチング用ＩＣ）１３ａで構成される。例えば、ＰＷＭＩＣ１３ａは、Ｒ−ＳフリップフロップＦＦを具備し、そのリセット端子ＲにはコンパレータＣＯＭを有し、起動入力端子ＶＨと、電源入力端子Ｖｃｃと、充電用直流出力側がフィードバックするための帰還入力端子ＦＢと、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２をＰＷＭ駆動するための出力端子ＯＵＴと、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２のソース電流を検出するための電流入力端子ＩＳと、Ｒ−ＳフリップフロップＦＦのセット端子Ｓにセット入力信号およびラッチ回路１８の出力信号を入力するためのフリップフロップ入力端子ＦＦＳとを具備する。これらＰＷＭＩＣ１３ａの各端子の機能は次のとおりである。

フリップフロップ入力端子ＦＦＳは、パワーＭＯＳＦＥＴで構成される第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２のソース電流（ソース電圧）を検出して、第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２をオンさせるタイミングを検出する。オンさせるタイミングの調整は抵抗ＲｔとコンデンサＣｔの時定数の調整によって行う。また、端子ＦＦＳは、ラッチ回路１８によりプルアップすることにより、ＰＷＭＩＣ１３ａの出力端子ＯＵＴからの出力パルスを停止し、この停止状態を保持する機能を有する。

フリップフロップ入力端子ＦＦＳの電圧が所定の閾値電圧よりも低下すると、Ｒ−ＳフリップフロップＦＦにセット信号が入力され、スイッチング素子１１または１２は、再びターンオンする。補助巻線に接続される抵抗ＲｔとコンデンサＣｔのＣＲ回路の遅延時間を適切に設定することにより、スイッチング素子１１または１２の電圧が最も低下した点でターンオンさせることができる。

また、入力端子ＦＦＳには、ラッチ回路１８が付加され、マイコン１７から第４伝達手段２４を介してラッチ回路１８に、所定電圧を超えた外部信号が所定時間以上入力されると、ラッチ回路１８が動作する。ラッチ回路１８により端子ＦＦＳがクランプされると、ＰＷＭＩＣ１３ａの出力端子ＯＵＴの出力パルスは停止され、この状態が維持される。リセットは、Ｖｃｃを閾値電圧以下に引き下げることで行われる。

帰還入力端子ＦＢは、高周波トランス１０の二次側巻線１０ｃ側に形成された充電回路（第３平滑回路８、第３切替回路３５を含む）（図２参照）の定電流または定電圧のエラーを、第３伝達手段２３を介してフィードバックするための端子であり、また過負荷状態を検出するための端子としても機能する。

電流入力端子ＩＳは、第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２のソース電流を検出する。電流入力端子ＩＳに入力された第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２のソース電流は、電流比較器ＣＯＭに入力され、端子ＦＢで設定される閾値電圧に達するとＭＯＳＦＥＴ（１１または１２）をオフさせる。
基準電位端子ＧＮＤは、ＰＷＭＩＣ１３ａの各部の電圧を設定するための基準電位を与えるための端子である。

出力端子ＯＵＴは、第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２を構成するＭＯＳＦＥＴのゲート端子にＰＷＭ駆動信号を供給するための端子である。例えば、スイッチング素子１１または１２としてＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴを使用する場合、そのＦＥＴをオンさせる期間には、ハイ状態（ほぼ電源Ｖｃｃの電圧）が出力され、逆に、ＭＯＳＦＥＴをオフさせる期間には、ロー状態（ほぼ０Ｖの電圧）が出力される。

電源入力端子Ｖｃｃは、ＰＷＭＩＣ１３ａの各部へ駆動電源を供給するための入力端子である。商用電源２を使用する場合は、トランス１０の補助巻線の出力電圧を整流、平滑したものを供給する。トランス１０の補助巻線としては、端子ＦＦＳに供給する巻線１０ｄを兼用できる。また、直流電源３を使用する場合は、直流電源３の電力供給線路Ｌ３から直流電圧を供給する。

起動入力端子ＶＨは、例えば、ＡＣ電源２の電力供給線路Ｌ１に抵抗を介して接続される。ＶＨ端子に高圧が接続されると、ＰＷＭＩＣ１３ａの内部の起動回路ＳＴを通して、端子Ｖｃｃから、Ｖｃｃ端子−ＧＮＤ間に接続されたコンデンサＣｖに電流を流出し、そのコンデンサＣｖを充電する。端子Ｖｃｃの電圧が所定の電圧を超えると、ＰＷＭＩＣ１３ａが起動して動作を開始する。補助巻線１０ｄからのＶｃｃ供給がある場合は、内部の起動回路ＳＴは遮断状態となる。一方、補助巻線１０ｄからの電源供給が無い場合には、内部起動回路ＳＴから供給される電流で、ＰＷＭＩＣ１３ａは通常動作を行う。このように、ＰＷＭＩＣ１３ａは、内部に起動回路ＳＴを持ち、端子Ｖｃｃに駆動電圧（Ｖｃｃ）の供給を行わない場合、内部起動回路ＳＴのみでＶｃｃを供給することが可能である。

このＰＷＭＩＣは、他の単体（ディスクリート）の半導体回路素子によって構成される周辺回路と一緒に回路基板に組み込んでもよく、マイコン１７に対して比較的占有面積が大きな部品となる。本発明によれば、この回路部品は、複数の入力電源に対して共通化される。

再度、図２を参照する。ＡＣ入力電圧検出回路１５は、ＡＣコネクタ４に商用電源（交流電源）２が接続されたことを認識するための検出回路であり、ＤＣ入力電圧検出回路１６は、ＤＣコネクタ５に直流電源３が接続されたことを認識するための検出回路である。両者の検出回路の検出電圧に基づいて、充電装置１の入力電源として商用電源２および直流電源３のいずれか一方を選択する。

第１切替手段１９および第２切替手段２０は、トランス１０の入力巻線１０ａおよびトランス１０の入力巻線１０ｂに、それぞれ形成された切替回路で、ＡＣ入力電圧検出回路１５およびＤＣ入力電圧検出回路１６の検出信号に基づいて、各入力巻線１０ａおよび１０ｂに形成された入力回路の電力伝送線路Ｌ１またはＬ３（Ｌ４を含む場合があり）を導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）に切替える機能を有する。第１切替手段１９および第２切替手段２０は、例えば、図３の（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示されるように、リレースイッチ１９ａおよび２０ａから構成される。もし、ＡＣ入力電圧検出回路１５からリレースイッチ１９ａに検出電圧が供給されれば、電力伝送線路Ｌ１はＯＮして交流電源２が充電装置１の入力電源として使用され、ＤＣ入力電圧検出回路１６からリレースイッチ２０ａに検出電圧が供給されれば、電力伝送線路Ｌ３はＯＮして直流電源３が充電装置１の入力電源として使用される。

マイコン（マイクロコンピュータ）１７は、充電装置１の主制御装置として機能し、ＡＣ入力電圧検出回路１５、ＤＣ入力電圧検出回路１６、電池電圧検出回路２５、識別抵抗検出回路２９、電池温度検出回路３０、および充電停止回路３１の出力に基づいて、スイッチング制御回路１３、ファンモータ駆動回路３３、および表示回路３４等を制御する。
ラッチ回路１８は、上述したように、マイコン１７から送信された出力信号に基づき、スイッチング制御回路１３の動作を停止させ、その停止状態を保持させる機能を有する。

第１伝達手段２１および第２伝達手段２２は、フォトカプラから構成され、それぞれＡＣ入力電圧検出回路１５およびＤＣ入力電圧検出回路１６の出力を、マイコン１７に伝達する。

第３伝達手段２３は、第１伝達手段２１および第２伝達手段２２と同様に、フォトカプラから構成され、マイコン１７および定電流／定電圧制御回路２８の出力信号を、スイッチング制御回路１３に伝達する。このとき、マイコン１７の出力信号は、予め、識別抵抗検出回路２９、電池温度検出回路３０、および充電停止回路３１からマイコン１７へ入力された制御信号に基づいて、演算されて第３伝達手段２３へ出力される。これによって、第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２の動作の開始または停止が制御され、さらに、第１スイッチング素子１１または第２スイッチング素子１２の出力パルス幅が、第３伝達手段２３からスイッチング制御回路１３へフィードバックされる制御信号に応答して適切に制御される。

一方、第４伝達手段２４は、マイコン１７の出力信号をラッチ回路１８に伝達する機能を有し、例えば、フォトカプラより構成される。

電池電圧検出回路２５は充電時の電池パック４０の電池電圧を検出する。また、充電電流検出回路２６は、例えば、充電通路に挿入されたシャント抵抗から構成され、充電電流検出回路２６に流れる充電電流によって発生する電圧を検出する。

電流／電圧設定回路２７は、電池パック４０を充電するための充電電流および充電電圧の値をマイコン１７の出力に基づいて設定する。電池温度検出回路３０は、上述したように、電池パック４０の感温素子（例えば、サーミスタ）４６の抵抗変化に基づいて、素電池組４２を構成する二次電池セル（素電池）の温度を検出する。また、識別抵抗検出回路２９は、電池パック４０の抵抗４４の抵抗値に基づいて、マイコン１７によって電池種、素電池数を判別し、判別した電池種と素電池数に対応して電池パック４０への充電電流と充電電圧の設定値を電池温度検出回路３０の情報と併せて選択する。

定電流／定電圧制御回路２８は、電池電圧検出回路２５、充電電流検出回路２６、電流／電圧設定回路２７の出力に基づいて、スイッチング制御回路１３を制御する信号を出力する。上述したように、識別抵抗検出回路２９は、上述したように、電池パック４０の抵抗４４の抵抗値に基づいた信号を出力する。マイコン１７はこの出力信号から電池種、素電池数を判定する。また、電池温度検出回路３０は、電池パック４０の感温素子４６の抵抗値に基づいて電池パック４０の素電池の温度を検出する。

充電停止回路３１は、電池パック４０の保護ＩＣ４１の過充電検出回路により過充電が検出され、過充電信号伝達手段４５と電池温度端子ＬＳを介して過充電信号が出力された場合、マイコン１７と第３切替手段３５に充電停止信号を出力する。
ファンモータ駆動回路３３は、ファンモータ３２を駆動し、電池パック４０の充電時の温度上昇を防止する。ファンモータ駆動回路３３は、電池パック４０の温度状態、および商用電源２または直流電源３の使用状態に対応して出力されるマイコン１７の出力信号に基づき制御される。例えば、直流電源３が自動車内のカーバッテリーから供給される場合、その充電は車内で行われる可能性があり、ファンモータ３２の動作を停止せしめても良い。

表示回路３４は、充電装置１の充電動作状態を表示するためのＬＥＤ（発光ダイオード）等の表示手段を含み、マイコン１７によって出力される制御信号によって駆動される。表示回路３４は、例えば、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤから構成され、マイコン１７の制御信号によって、赤色ＬＥＤのみを点灯させれば充電開始前の状態、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤを同時点灯させて実質的に橙色点灯とすれば、充電中の状態、緑色ＬＥＤのみを点灯させれば、充電終了状態をそれぞれ表示するように構成する。

また、表示回路３４は、電池パック４０の充電状態を表示する他に、商用電源２および直流電源３の入力状態を表示する。さらに、入力電源として直流電源３が使用される場合、直流電源３が所定の出力電圧範囲にない場合、電源の異常状態を表示するように構成されている。

第３切替手段３５は、充電装置１と電池パック４０間の充電経路の導通（ＯＮ）、非導通（ＯＦＦ）を切替える。

［充電装置の動作について］
次に、図２に示した回路ブロック図、および図５に示した制御フローチャートを参照して本実施形態に係る充電装置１の動作について説明する。
ＡＣコネクタ４に商用電源２が入力された場合、ＡＣ入力電圧検出回路１５が動作し、第１切替手段１９が電力伝送線路Ｌ１を導通させ、スイッチング制御回路１３が起動する。一方、直流電源３がＤＣコネクタ５に入力された場合、ＤＣ入力電圧検出回路１６が動作し、第２切替手段２０が電力伝送線路Ｌ３、Ｌ４を導通させ、スイッチング制御回路１３が起動する。

次に、スイッチング制御回路１３は、第１スイッチング素子１１を駆動させ、第３平滑回路８および第４平滑回路９に接続されるそれぞれの出力巻線１０ｃおよび１０ｄに電圧を発生させる。

このとき、定電圧回路１４の働きにより、第４平滑回路９の出力電圧Ｖｃｃは、所定の値に制御され、マイコン１７および制御系回路に駆動電圧Ｖｃｃとして印加される。同時に、電池電圧検出回路２５および定電流／定電圧制御回路２８からの出力信号が、第３伝達手段２３を介してスイッチング制御回路１３にフィードバックされ、第３平滑回路８の出力電圧は所定の値に制御される。

商用電源２が入力される場合、トランス１０の直流電源３に対応する巻線１０ｂにも電圧が誘起されるが、このとき第２切替手段２０は非導通の状態であり、誘起電圧が第２平滑回路７に印加されることはない。また、その誘起電圧がＤＣケーブル５ａ（図１参照）のプラグにも印加されることはない。

同様に、直流電源３が入力される場合、トランス１０の商用電源２に対応する巻線１０ａにも電圧が誘起されるが、このときは第１切替手段１９が非導通状態となるので、その誘起電圧が、第１平滑回路６およびＡＣケーブル４ａ（図１参照）のプラグに印加されることはない。

なお、本発明においては、図１に示されるように、一方のケーブル（例えば、ＡＣケーブル４ａ）が充電装置１に差し込まれているとき、他方のケーブル（例えば、ＤＣケーブル５ａ）を差し込んだりコネクタに触れたりすることを防ぐためにスライド板５０が設けられている。

マイコン１７の起動後、マイコン１７は、各ポート等を初期設定し（ステップ１０１）、表示回路３４に「充電開始前」であることを表示し（ステップ１０２）、第３切替手段３５をＯＦＦ状態とする（ステップ１０３）。

引き続き、マイコン１７は、ＡＣ入力電圧検出回路１５および第１伝達手段２１からの出力信号を基に、商用電源２の入力の有無を判定する（ステップ１０４）。このステップ１０４において、商用電源２が入力されていると判定されたら、引き続きＤＣ入力電圧検出回路１６と第２伝達手段２２からの出力信号に基づいて直流電源３の入力の有無を判定する（ステップ１０５）。

ステップ１０５において直流電源３が入力されていないと判定されたら、ＡＣモードに進む（ステップ１０６）。

また、ステップ１０４において商用電源２が入力されていないと判定されたら（ＮＯの場合）、引き続き直流電源３の入力の有無を判定し（ステップ１０７）、ここで直流電源３が入力されていると判定されたらＤＣモードに進む（ステップ１０８）。

次いで、直流電源３の電圧が異常であるか否かを判定し（ステップ１０９）、ステップ１０９において直流電源３の電圧が異常でなければステップ１１３に進む。ステップ１０９において直流電源３の電圧が異常であれば（ＹＥＳの場合）、第３切替手段３５をＯＦＦにし（ステップ１１０）、次いで表示回路３４を「電源異常」と表示する（ステップ１１１）。これは、直流電源３が異常に低い電圧の場合、電池パック４０への充電を禁止することによって、直流電源３の過放電を抑制するものである。例えば、直流電源３が自動車内のカーバッテリーであれば、その過放電を抑制することができる。

ステップ１０５において、直流電源３が入力されていると判定されたら（ＹＥＳの場合）、商用電源２と直流電源３が同時に入力されているとみなし、ラッチ回路１８を作動（ＯＮ）させ、スイッチング制御回路１３を停止（ＯＦＦ）させる（ステップ１１２）。この場合、上述したように、ラッチ回路１８のラッチ作用により、スイッチング制御回路１３の停止状態が保持され、充電装置１の動作が停止状態（ＯＦＦ状態）に保持される。

なお、本発明の充電装置によれば、２つの入力電源２および３に対してトランス１０および定電流／定電圧制御回路２８が共通に設けられるため、両方の電源が入力された場合、第３平滑回路８の出力電圧が不安定になるため、これを回避するために充電装置１の動作を強制的に抑止するように制御する。また、ステップ１０７において、直流電源３が入力されていないと判定されたら、ラッチ回路１８を作動させ、スイッチング制御回路１３を停止せしめる（ステップ１１２）。

ステップ１０６またはステップ１０８において、ＡＣモードまたはＤＣモードの入力モードを設定した後、マイコン１７は電池パック４０の有無を判定し（ステップ１１３）、電池パック４０が充電装置１に接続されていなと判定した場合、充電完了フラグをリセットし（ステップ１１４）、かつ充電中フラグをリセットし（ステップ１１５）、ステップ１０２に戻る。

ステップ１１３おいて、電池パック４０が充電装置１に接続されていると判定した場合、マイコン１７は充電中フラグの有無を判定し（ステップ１１６）、充電中フラグがあれば、マイコン１７はステップ１２１へスキップする。

ステップ１１６において充電中フラグが無いと判定した場合、引き続き充電完了フラグの有無を判定し（ステップ１１７）、充電完了フラグがあれば、マイコン１７はステップ１０３に戻る。

また、ステップ１１７において充電完了フラグが無ければ、マイコン１７は識別抵抗検出回路２９の出力に基づいて電池種・素電池数判定を行い（ステップ１１８）、次いで電池パック４０の電池温度を電池温度検出回路３０の出力に基づいて判定し（ステップ１１９）、電池パック４０が高温である場合、マイコン１７は、表示回路３４を「電池高温」（充電中の高温であれば「充電完了」）に表示し（ステップ１２０）、ステップ１０３に戻る。

ステップ１１９において電池パック４０が高温でないと判定した場合（ＮＯの場合）、マイコン１７はＡＣモードであるか否かを判定する（ステップ１２１）。ステップ１２１においてＡＣモードではないと判定した場合（ＮＯの場合）、マイコン１７はＤＣモードに進み（ステップ１２４）、ＤＣモードの電流電圧設定値を設定する（ステップ１２５）。

ステップ１２５において、電流電圧設定値は識別抵抗検出回路２９の出力に基づいて最適な値が選択される。具体的には直流電源３が入力される場合は、商用電源４が入力された場合と比較して充電電流を低くする。これは直流電源３の能力に合わせるという意味で重要な制御である。また、素電池数が多いほど充電電流を小さくすれば、電源回路の高効率化が図れ、また、電池パック４０の寿命向上が図れる。ステップ１２５の処理後、ステップ１２６へ進み、表示回路３４により「充電中」であることを表示する。

ステップ１２１においてＡＣモードであると判別された場合、ステップ１２２のＡＣモードの設定に進み、引続いて、マイコン１７はＡＣモードの電流電圧設定値を設定する（ステップ１２３）。ステップ１２３において電流電圧設定値は、識別抵抗検出回路２９の出力に基づいて最適な値が選択される。具体的には商用電源２入力時には直流電源３が入力される場合に比較して充電電流を大きく設定する。ステップ１２３の処理後、ステップ１２６へ進み、「充電中」あることを表示する。

ステップ１２３またはステップ１２５の処理後、ステップ１２６において、マイコン１７は表示回路３４を「充電中」に表示し、次いで充電中フラグをセットし（ステップ１２７）、第３切替手段３５を導通状態に切替える（ステップ１２８）。ステップ１２８に引続いて、先のステップ１２３または１２５で選択された所定の電流電圧設定値で充電を開始する（ステップ１２９）。

次いで、マイコン１７は満充電検出処理を行う（ステップ１３０）。満充電検出には周知の技術が採用できる。例えば、電池パック４０がリチウムイオン二次電池で構成される場合、一般的な定電圧／定電流制御で素電池の充電電圧が所定の電圧値（例えば、４．２Ｖ）以上にならないように制御する。その他の方法として、電池パック４０がニカド二次電池である場合、充電末期のピーク電圧から所定量降下したことにより検出する−ΔＶ検出法（マイナスデルタＶ制御方式）、さらに特開昭６２−１９３５１８号公報、特開平２−２４６７３９号公報、実開平３−３４６３８号公報等に開示されているように、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）が急激に上昇する時点を検出するΔＴ／Δｔ検出法（温度上昇勾配制御方式）を採用することができる。

ステップ１３０において電池パック４０が満充電と判別されない場合、ステップ１０４に戻る。ステップ１３０において電池パック４０が満充電と判別された場合、充電中フラグをリセットし（ステップ１３１）、表示回路３４によって「充電完了」を表示し（ステップ１３２）、充電完了フラグのセット（ステップ１３３）と各処理を行い、ステップ１０３に戻る。

以上に実施形態の記載より明らかにされるように、本発明によれば、複数の入力電源２、３に対して、共通の高周波トランス１０およびスイッチング制御回路１３を構成するので、充電装置１のトランスやスイッチング制御回路等の回路部品点数を削減し、製造コストを低減させることができる。

この場合、複数の入力電源に対して共通に使用する高周波トランス１０の容量を比較的大きく形成することができるので、各巻線間の電力変換効率を向上させることができる。電力変換効率を向上させることにより、充電装置からの発熱を抑制することができ、結果的に充電装置の消費電力を低減することができる。特に、入力電源としてカーバッテリーのような直流電源３を使用する場合は、直流電源３の消費電力を抑えて、カーバッテリーの放電寿命を維持することができる。

また、充電装置の大型化を抑制し、作業現場等への運搬作業に有利な充電装置を提供できる。特に、本発明は、コードレス電動工具の工具収納箱（キャリアケース）に収納して電動工具と一体に運搬するような充電装置に適用して工具収納箱の大きさを低減できる点で有利である。

さらに、本発明によれば、共通トランス１０の入力巻線１０ａまたは１０ｂに電気的接続されるスイッチング電源回路には、切替回路１９または２０が接続されるので、各入力電源２または３の電力伝送線路を選択的に入力巻線１０ａまたは１０ｂに供給することができる。このため、共通トランス１０による電磁結合に基づく複数の入力電源の相互干渉が防止される。また、本発明によればラッチ回路が設けられるので、商用電源および直流電源の複数の入力電源が同時に入力された場合、ラッチ回路の動作により誤動作を防止することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施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変更することが可能である。例えば、上記実施形態において、電池パックはリチウムイオン二次電池で構成した充電装置について述べたが、本発明はニカド二次電池等のリチウムイオン二次電池から構成される電池パックの充電装置にも適用することができる。

本発明の実施形態に係る充電装置を示す外観図。 図１に示した充電装置の回路ブロック図。 図２に示した充電装置の切替手段の具体的構成図。 図２に示した充電装置のスイッチング制御回路の具体的構成図。 図２に示した充電装置の動作を制御するための制御フローチャート。

符号の説明

１：充電装置 ２：商用電源（交流電源） ３：直流電源
４：ＡＣコネクタ ４ａ：ＡＣケーブル ５：ＤＣコネクタ
５ａ：ＤＣケーブル ６：第１平滑回路 ７：第２平滑回路
８：第３平滑回路 ９：第４平滑回路 １０：トランス（スイッチングトランス）
１０ａ、１０ｂ：入力巻線 １０ｃ：充電出力巻線 １０ｄ：補助出力巻線
１１：第１スイッチング素子 １２：第２スイッチング素子
１３：スイッチング制御回路 １３ａ：ＰＷＭＩＣ １４：定電圧回路
１５：ＡＣ入力電圧検出回路 １６：ＤＣ入力電圧検出回路
１７：マイコン １８：ラッチ回路 １９：第１切替手段
１９ａ：リレースイッチ ２０：第２切替手段 ２０ａ：リレースイッチ
２１：第１伝達手段 ２２：第２伝達手段 ２３：第３伝達手段
２４：第４伝達手段 ２５：電池電圧検出回路
２６：充電電流検出回路 ２７：電流電圧設定回路
２８：定電流／定電圧制御回路 ２９：識別抵抗検出回路
３０：電池温度検出回路 ３１：充電停止回路 ３２：ファンモータ
３３：ファンモータ駆動回路 ３４：表示回路 ３５：第３切替手段
４０：電池パック ４１：保護ＩＣ ４２：素電池組
４３：サーマルプロテクタ ４４：識別用抵抗 ４５：過充電信号伝達手段
４６：感熱素子（サーミスタ） ５０：スライド板（接続禁止手段）
５６：複数の端子 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４：電力供給線路

Claims (8)

1. ２つの入力電源の何れか一つによって電池パックを充電することが可能な充電装置において、
   前記２つの入力電源の接続端子に対応して設けられた２つの入力巻線、および前記２つの入力巻線に対して電磁結合されて充電用電源電圧を出力するための充電出力巻線を具備するトランスと、
   前記トランスの前記各入力巻線に直列接続されて該各入力巻線に流れる電流をスイッチングさせるための第１および第２のスイッチング素子と、
   前記トランスの前記各入力巻線に供給する入力電源の電圧を検出するための入力電圧検出手段と、
   前記トランスの前記充電出力巻線に結合されて前記電池パックへ充電電流または充電電圧を供給するための充電回路と、
   前記２つの入力電源の種類に対応して前記充電回路の充電電流または充電電圧を設定するための制御手段と、
   前記制御手段の制御信号に基づいて前記第１または第２のスイッチング素子を共通的に制御するためのスイッチング制御回路と、を具備することを特徴とする充電装置。
2. 前記トランスは、充電装置内の電気回路に対して電源電圧を出力するための補助出力巻線を具備することを特徴とする請求項１に記載された充電装置。
3. 前記入力電圧検出手段の出力に基づいて前記各入力巻線に結合された前記第１および第２のスイッチング素子への電力伝送経路を、択一的に導通または非導通に切替えるための切替手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された充電装置。
4. 前記２つの入力電源は、対応する前記接続端子へ、互いに異なる外観形状の電源ケーブルによって抜き差し可能に電気的接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載された充電装置。
5. 前記２つの入力電源を電気的接続するための２つの接続端子は、対応する前記入力電源が択一的に電気的接続される接続端子を除き、他の接続端子を対応する入力電源に電気的接続できないようにするための接続禁止手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載された充電装置。
6. 前記接続禁止手段は、前記他の接続端子を覆う遮蔽板を備えることを特徴とする請求項５に記載された充電装置。
7. 前記２つの入力電源のうち、１つの入力電源は、商用交流電源であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載された充電装置。
8. 前記制御手段は、前記２つの入力電源が同時に前記各接続端子に電気的接続されているものと判別した場合、前記スイッチング制御回路を停止させるためのラッチ回路を含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載された充電装置。

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