JP2012010591A - 電池充電器 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池を充電する方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】リチウムベースの化学的性質を有する第１電池と、第１公称電圧とは異なる公称電圧を有する、リチウムベースの化学的性質を有する第２電池と、第１電池および第２電池を充電するように動作可能な電池充電器とを備える。また、リチウムベースの化学的性質を有する第１電池と、第１公称電圧範囲とは異なる第２公称電圧を有する、リチウムベースの化学的性質を有する第２電池と、第１電池および第２電池を充電するように動作可能な電池充電器とを備える電気的な組合せにおいて、電池を充電する方法が、電池充電器と第１電池を電気的に接続するステップ、第１電池を充電するステップ、電池充電器と第２電池を電気的に接続するステップ、および第２電池を充電するステップを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般に電池を充電するための電池充電器に関し、さらに詳細には電動工具の電池を充電するための電池充電器に関する。
コードレスの電動工具は、持ち運び可能なバッテリパック（ｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｓ）によって電力の供給を受けるのが典型的である。これらのバッテリパックは、電池化学的性質（ｂａｔｔｅｒｙｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）および公称電圧（ｎｏｍｉｎａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）が様々であり、数多くの工具および電気装置に電力を供給するために使用可能である。典型的には、電動工具用電池の電池化学的性質は、ニッケルカドミウム（「ＮｉＣｄ」）またはニッケル水素（「ＮｉＭＨ」）である。バッテリパックの公称電圧は、通常では約２．４Ｖから約２４Ｖの範囲にわたる。
いくつかの電池化学的性質（例えば、リチウム（「Ｌｉ」）、リチウムイオン（「Ｌｉ−ｉｏｎ」）、およびリチウムベースの他の化学的性質）には、放電が制御された厳密な充電方式および充電動作が必要である。不十分な充電方式および無制御な放電方式は、過剰な熱の蓄積、過剰な過充電状態、および／または過剰な過放電状態を招く場合がある。これらの状態および蓄積は、電池に不可逆的な損傷を引き起こす恐れがあり、かつ電池容量に重大な影響を与える恐れがある。
本発明は、電池を充電するためのシステムと方法を提供する。いくつかの構成およびいくつかの態様では、本発明は、異なる電池化学的性質を有する様々なバッテリパックを完全に充電できる電池充電器を提供する。いくつかの構成およびいくつかの態様では、本発明は、リチウムベースの電池、例えば、リチウムコバルト電池、リチウムマンガン電池、およびスピネル型の電池を完全に充電できる電池充電器を提供する。いくつかの構成およびいくつかの態様では、本発明は、異なる公称電圧のまたは異なる公称電圧範囲内にある、リチウムベースの化学的性質のバッテリパックを充電できる電池充電器を提供する。いくつかの構成およびいくつかの態様では、本発明は、異なる電池条件に基づいて実施される様々な充電モジュール（ｃｈａｒｇｉｎｇｍｏｄｕｌｅｓ）を有する電池充電器を提供する。いくつかの構成およびいくつかの態様では、本発明は、定電流パルス（ｐｕｌｓｅｓｏｆ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）を印加することによって、リチウムベースの電池を充電するための方法およびシステムを提供する。いくつかの電池特性に応じて、電池充電器によってパルス間の時間およびパルスの長さを増加または減少することができる。
本発明の独自の特徴および独自の利点は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および図面を検討すれば当業者には明らかであろう。
電池を示す斜視図である。 図１に示した電池などの、電池を示す別の斜視図である。 図１に示した電池などの、電池充電器に電気的かつ物理的に接続されている電池を示す斜視図である。 図３に示した電池と電池充電器などの、電池充電器に電気接続されている電池を示す回路図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器の動作を示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器の動作を示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器に実施可能な第１モジュールを示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器に実施可能な第２モジュールを示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器に実施可能な第３モジュールを示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器に実施可能な第４モジュールを示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器に実施可能な第５モジュールを示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器に実施可能な第６モジュールを示す流れ図である。 図３に示した電池充電器などの、本発明の態様を具現する電池充電器に実施可能な充電アルゴリズムを示す流れ図である。 電池充電器に電気接続されている電池を示す回路図である。 電池の他の構成を示す図である。 電池の他の構成を示す図である。 図１、２、および１４Ａ〜Ｂに示した電池の１つなどの、電動工具に電気的かつ物理的に接続された電池を示す斜視図である。 図１、２、および１４Ａ〜Ｂに示した電池の１つなどの、電動工具に電気的かつ物理的に接続された電池を示す斜視図である。 電池に関する充電電流を示す模式図である。 電池を示す別の回路図である。 電池充電器に接続された逆変換装置を示す斜視図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示す平面図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示す側面図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示す上面図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示す別の側面図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示す背面図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示す別の斜視図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示すさらに別の斜視図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示すさらに別の斜視図である。 図１８の逆変換装置などの、電池充電器に接続されている逆変換装置を示すさらに別の斜視図である。 電池に関する充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関する別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関する別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関するさらに別の充電動作モジュールを示す流れ図である。 電池に関する充電電流を示す模式図である。
本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その応用例において、以下の説明に記載されかつ以下の図面に例示されている構成要素の構成および配置の細部に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、かつ様々な方法で実施または実行可能である。同様に、本明細書に使用されている術語および用語は、説明目的であり、限定と見なすべきではないことを理解されたい。「含む」、「備える」、または「有する」、およびこれらの変形の使用は、以降に列挙されている要素およびその均等物ばかりでなく、追加的な要素も同様に包含しようとするものである。
バッテリパックまたは電池２０を図１および２に示す。この電池２０は、例えば、電動工具２５（図１５Ａ〜Ｂに示す）および／または電池充電器３０（図３および４に示す）などの１個または複数の電気装置に電力を伝達しかつそれから電力を受け取るように構成されている。いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池２０は、例えば、鉛酸、ニッケルカドミウム（「ＮｉＣｄ」）、ニッケル水素（「ＮｉＭＨ」）、リチウム（「Ｌｉ」）、リチウムイオン（「Ｌ−ｉｏｎ」）、リチウムベースの別の化学的性質、または別の充電可能な電池化学的性質など、いずれかの化学的性質を有することができる。いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池２０は、例えば、電動工具などの、高い電流放電率を有する電気装置に大きな放電電流を供給することができる。例示の構成では、電池２０は、リチウム、リチウムイオン、またはリチウムベースの別の化学的性質を有し、約２０Ａ以上の平均放電電流を供給する。例えば、例示の構成では、電池２０がリチウムコバルト（「Ｌｉ−Ｃｏ」）、リチウムマンガン（「Ｌｉ−Ｍｎ」）スピネル、またはＬｉ−Ｍｎニッケルの化学的性質を有することができる。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池２０は、例えば、約９．６Ｖから約５０Ｖの範囲にわたる公称電圧など、どの公称電圧をも有し得る。１つの構成（図１〜３参照）では、例えば、電池２０は約２１Ｖの公称電圧を有する。別の構成（図１４参照）では、電池２０は約２８Ｖの公称電圧を有する。他の構成では、電池２０は、別の公称電圧範囲内にある別の公称電圧を有し得ることを理解されたい。
電池２０は、端子支持体４０を設ける筐体３５を含む。電池２０は、端子支持体４０によって支持され、かつ電動工具２５および／または電池充電器３０などの電気装置に接続可能な１個または複数の電池端子をさらに含む。いくつかの構成、例えば、図４に例示する構成などでは、電池２０は、正の電池端子４５、負の電池端子５０、および検出電池端子５５を含む。いくつかの構成では、電池２０は図示の構成よりも多いまたは少ない端子を含む。
電池２０は１個または複数の電池セル６０を有し、それぞれが化学的性質および公称電圧を有する。いくつかの構成では、電池２０は、リチウムイオンの電池化学的性質、約１８Ｖまたは２１Ｖの公称電圧を有し、かつ５個の電池セルを含む。いくつかの構成では、それぞれの電池セル６０がリチウムイオンの化学的性質を有し、かつそれぞれの電池セル６０が、例えば、約３．６Ｖまたは約４．２Ｖなどの同じ公称電圧を有する。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池２０は、１個または複数の端子に電気接続された識別回路（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ）または素子を含む。いくつかの構成では、例えば、電池充電器３０（図３および４に示す）などの電気装置は、１個または複数の電池特性を確認するために、この識別回路または素子を「読み取ったり」または識別回路または素子に基づいて入力を受け取ったりすることになる。いくつかの構成では、このような電池特性には、例えば、電池２０の公称電圧、電池２０の温度、および／または電池２０の化学的性質が含まれ得る。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池２０は、制御装置、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または１個もしくは複数の電池端子に電気接続されている制御器を含む。これらの制御器は、電池充電器３０などの電気装置に接続し、この装置に、例えば、電池２０の公称電圧、個々のセル電圧、電池２０の温度、および／または電池２０の化学的性質などの、１つまたは複数の電池特性または条件に関する情報を提供する。いくつかの構成、例えば、図４に例示する構成では、電池２０は、マイクロプロセッサまたは制御器６４を有する識別回路６２を含む。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池２０は、温度検出素子またはサーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）を含む。このサーミスタは、１個または複数の電池セルの温度または電池２０全体の温度を検出するために、電池２０の内部に構成されかつ位置決めされている。いくつかの構成、例えば、図４に例示する構成では、電池２０がサーミスタ６６を含む。例示の構成では、サーミスタ６６は識別回路６２の中に含まれる。
図３および４に示すように、電池２０はまた、電池充電器３０などの電気装置に接続するように構成されている。いくつかの構成では、電池充電器３０は筐体７０を含む。この筐体７０は、電池２０を接続する接続部７５を設ける。この接続部７５は、電池２０を電池充電器３０に電気接続するための１個または複数の電気装置端子を含む。電池充電器３０の中に含まれる端子は、電池２０の中に含まれている端子と対合し、電力および情報の授受を電池２０と行うように構成されている。
いくつかの構成、例えば、図４に例示する構成では、電池充電器３０は、正の端子８０、負の端子８５、および検出端子９０を含む。いくつかの構成では、電池充電器３０の正の端子８０は、正の電池端子４５と対合するように構成されている。いくつかの構成では、電池充電器３０の負の端子８５と検出端子９０は、負の電池端子５０と検出電池端子５５にそれぞれに対合するように構成されている。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は充電回路９５も含む。いくつかの構成では、この充電回路９５は、制御装置、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または制御器１００を含む。制御器１００は、電池２０と電池充電器３０の間における電力の伝達を制御する。いくつかの構成では、制御器１００は、電池２０と電池充電器３０の間における情報の伝達を制御する。いくつかの構成では、制御器１００は、電池２０から受け取った信号に基づいて、電池２０の１つまたは複数の特性もしくは条件を識別しかつ／または確認する。制御器１００は、電池２０の識別特性に基づいて充電器３０の動作を制御することもできる。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、制御器１００は、タイマ、バックアップタイマ、計数器を含み、かつ／または様々なタイミングおよび計数機能を実行することができる。タイマ、バックアップタイマ、および計数器は、様々な充電段階および／またはモジュールの間に使用されかつ制御器１００によって制御される。タイマ、バックアップタイマ、および計数器については以下で論じる。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は表示器または指示器１１０を含む。この指示器１１０は、使用者に電池充電器３０の状態を知らせる。いくつかの構成では、指示器１１０は、動作時に開始および／または完了する、様々な充電段階、充電モード、または充電モジュールを使用者に知らせることができる。いくつかの構成では、指示器１１０は、第１の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）１１５および第２のＬＥＤ１２０を含む。例示の構成では、第１のＬＥＤ１１５および第２のＬＥＤ１２０は、異なる色のＬＥＤである。例えば、第１のＬＥＤ１１５が赤色ＬＥＤであり、第２のＬＥＤ１２０が緑色ＬＥＤである。いくつかの構成では、制御器１００は指示器１１０を作動しかつ制御する。いくつかの構成では、指示器１１０は、筐体７０上に位置決めされるか、または指示器１１０が使用者に見えるように筐体７０の中に含まれている。表示器は、充電率、残り時間等々を表示する指示器を含むこともできる。いくつかの構成では、表示器または指示器１１０は、電池２０上に残量計（ｆｕｅｌｇａｕｇｅ）を含むことができる。
電池充電器３０は、電源１３０から電力の入力を受け取るようになされている。いくつかの構成では、電源１３０は、交流約１２０Ｖ、６０Ｈｚの信号である。他の構成では、電源１３０は約２４０Ｖの交流信号である。他の構成では、電源１３０は、例えば、定電流の電源である。これらの構成では、電源１３０は、車両のジャック（例えば、車両のバッテリ）から受け取った直流信号などの直流１２Ｖ信号を含むことができる。
例示の構成では、電池充電器３０は、交流電源から電力の入力を受け取る。直流電源で使用するためには、使用者は、図１８〜２７に示す逆変換装置（ｐｏｗｅｒｉｎｖｅｒｔｅｒ）２１４０に電池充電器３０を接続することができる。これらの構成では、逆変換装置２１４０は、直流信号（すなわち、車両の直流アウトレットからの直流１２Ｖ信号）などの第１の信号から、交流信号（すなわち、交流１２０Ｖ信号）などの第２の信号に変換する。
図１８〜２６に示すように、逆変換装置２１４０は筐体２１４５を含む。例示の構成では、筐体２１４５は、第１端部２１４６、第２端部２１４７、第１側面２１４８、および第２側面２１４９を含む。筐体２１４５は、底部表面２１５２および上部表面２１５４も含む。他の構成では、筐体２１４５は、図示かつ説明したものよりも多いまたは少ない表面、側面、および端部を含むことができる。
１つの構成では、上部表面２１５４は、電池充電器３０を配置するための領域となり得る。例示の構成では、上部表面２１５４は、電池充電器３０と実質的に同じ幅と長さである。他の構成では、上部表面２１５４は、電池充電器３０の幅と長さよりも大きい場合もまたは小さい場合もあり得る。他の構成では、上部表面２１５４は、電池充電器３０を逆変換装置２１４０に固定するための固定機構（図示せず）を含むことができる。さらに他の構成では、筐体２１４５の別の部分が電池充電器３０を逆変換装置２１４０に固定するための固定機構を含むことができる。
逆変換装置２１４０は、第１電力信号（すなわち、直流電力信号）を受け取る入力端子２１５９も含む。いくつかの構成では、入力端子２１５９はコード２１６０および入力コネクタ２１６５を含む。例示の構成では、入力コネクタ２１６５は、車両の直流アウトレットから直流信号を受け取るための直流１２Ｖ入力プラグを含む。
逆変換装置２１４０は、第２電力信号（すなわち、交流電力信号）を送出するための変換出力端子２１７０も含む。例示では、変換出力端子２１７０は、３線式直ブレードアウトレット２１７０などの交流アウトレットを含む。図１８に示すように、アウトレット２１７０はコード巻き２１５５上に位置決めされている。
いくつかの構成では、逆変換装置２１４０はコード巻き２１５５を含むことができる。このコード巻き２１５５は、電池充電器３０のコード２１５６を収納かつ固定することができる。例示の構成では、筐体２１４５の第２端部２１４７中の溝２１５８がコード巻き２１５５を形成する。
いくつかの構成では、逆変換装置２１４０は第２出力端子２１８０を含むことができる。例示の構成では、第２出力端子２１８０は筐体２１４５の第１端部２１４６上に位置決めされ、第２（変換）電力信号を送出するように動作可能である。他の構成では、出力端子２１８０は第１電力信号（すなわち、直流信号）を送出することができる。他の構成では、逆変換装置２１４０は、第１電力信号または第２電力信号を送出する追加的な出力端子２１８０を含むことができる。さらに他の構成では、逆変換装置２１４０は、第２アウトレット２１８０の組合せ、すなわち、第１電力信号を送出する少なくとも１つのアウトレットと、第２電力信号を送出する別の少なくとも１つのアウトレットを含むことができる。
いくつかの構成では、逆変換装置２１４０は、変換出力端子２１７０を介して電力の出力を制御するスイッチ２１８５を含むことができる。このスイッチ２１８５は、逆変換装置２１４０が変換出力端子２１７０を介して電力を分給するように動作可能なオン位置（逆変換装置２１４０が第１電力信号を受け取っているとき）と、逆変換装置２１４０が変換出力端子２１７０を介して電力を分給するように動作可能ではないオフ位置を含むことができる。スイッチ２１８５の位置は、例えば、図２３〜２６に示す第１のＬＥＤ２１８８と第２のＬＥＤ２１８９など、１つまたは複数のＬＥＤによって使用者に知らせることができる。例示の構成では、第１のＬＥＤ２１８８および第２のＬＥＤ２１８９は、筐体２１４５の第１端部２１４６上に位置する。１つの構成では、第１のＬＥＤ２１８８は赤色ＬＥＤであり、逆変換装置２１４０が変換出力端子２１７０を介して電力を供給するように動作可能ではないことを示し、第２のＬＥＤ２１８９は緑色ＬＥＤであり、逆変換装置２１４０が変換出力端子２１７０を介して電力を供給するように動作可能であることを示す。他の構成では、スイッチ２１８５は第２出力端子２１８０の出力を制御することができる。さらに他の構成では、逆変換装置２１４０は、それぞれの出力端子またはアウトレット２１７０、２１８０のためのスイッチ２１８５を含む。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は、以下に説明するように、異なる電池化学的性質および異なる公称電圧を有する様々な充電式電池を充電することができる。例えば、典型的な１つの実施では、電池充電器３０は、ニッケルカドミウムの電池化学的性質および約１４．４Ｖの公称電圧を有する第１電池、リチウムイオンの電池化学的性質および約１８Ｖの公称電圧を有する第２電池、ならびにリチウムイオンの電池化学的性質および約２８Ｖの公称電圧を有する第３電池を充電することができる。別の典型的な実施では、電池充電器３０は、約２１Ｖの公称電圧を有する第１のリチウムイオン電池と、約２８Ｖの公称電圧を有する第２のリチウムイオン電池を充電することができる。このような典型的な実施では、電池充電器３０は、以下に論じるように、それぞれの電池２０の公称電圧を識別し、それに応じて、いくつかの閾値をスケーリングしたり、または電池の公称電圧にしたがって電圧読取り値もしくは計測値（充電時に計測される）を変更したりすることができる。
いくつかの構成では、電池充電器３０は、電池２０に含まれている識別素子を「読み取る」ことによって、または例えば、電池のマイクロプロセッサもしくは制御器からの信号を受け取ることによって、電池２０の公称電圧を識別することができる。いくつかの構成では、電池充電器３０は、充電器３０が識別可能な様々な電池２０に関する許容公称電圧の範囲を含むことができる。いくつかの構成では、許容公称電圧の範囲が約８Ｖから約５０Ｖの幅を有し得る。他の構成では、許容公称電圧の範囲が約１２Ｖから約２８Ｖの幅を含み得る。他の構成では、電池充電器３０は約１２Ｖ以上の公称電圧を識別することが可能である。同様に他の構成では、電池充電器３０が約３０Ｖ以下の公称電圧を識別することが可能である。
他の構成では、電池充電器３０は、電池２０の公称電圧を含む値域を識別することができる。電池充電器３０は、例えば、第１電池２０が約１８Ｖの公称電圧を有することを識別するのではなく、第１電池２０の公称電圧が、例えば、約１８Ｖから約２２Ｖ、または約１６Ｖから約２４Ｖまでの範囲内にあることを識別することができる。他の構成では、電池充電器３０は、例えば、電池セルの数、電池化学的性質等々のような、他の電池特性を識別することも可能である。
他の構成では、充電器３０は、電池２０の任意の公称電圧を識別することができる。これらの構成では、充電器３０は、電池２０の公称電圧にしたがっていくつかの閾値を調整またはスケーリングすることによって任意の公称電圧の電池２０を充電することが可能である。これらの構成ではまた、それぞれの電池２０が、公称電圧に関係なく、ほぼ同じ時間量の間に、ほぼ同じ振幅の充電電流を受け取ることができる（例えば、それぞれの電池２０がほぼ完全に放電される場合）。電池充電器３０は、充電されている電池２０の公称電圧にしたがって、閾値の調整もしくはスケーリング（下で論じる）、または計測値の調整もしくはスケーリングが可能である。
例えば、電池充電器３０は、約２１Ｖの公称電圧と５個の電池セルを有する第１の電池を識別可能である。充電全体を通して、電池充電器３０は、１セル当たりの計測値を入手するために、この充電器３０が標本抽出するすべての計測値（例えば、電池電圧）を変更する。すなわち、充電器３０は、セルのおよその平均電圧を入手するために、すべての電池電圧の計測値を５（例えば、５個のセルの場合）で除する。したがって、電池充電器３０に含まれるすべての閾値は、１セル当たりの計測値に相関し得る。また、電池充電器３０は、約２８Ｖの公称電圧および７個の電池セルを有する第２の電池を識別することが可能である。第１の電池での動作と同様に、電池充電器３０は、１セル当たりの計測値を入手するために、すべての電圧計測値を変更する。この場合も、電池充電器３０に含まれているすべての閾値が１セル当たりの計測値に相関し得る。この例では、電池充電器３０は、同じ閾値を使用して第１および第２の電池に対する充電を監視しかつ終了することが可能であり、この電池充電器３０は、公称電圧の範囲全体にわたって数多くの電池を充電できるようになる。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は、電池２０を充電する充電方式または方法が電池２０の温度を基本とする。１つの構成では、電池充電器３０は、電池２０の温度を周期的に検出または監視しながら、充電電流を電池２０に供給する。電池２０がマイクロプロセッサまたは制御器を備えていなければ、電池充電器３０は、既定期間の後に、サーミスタ６６の抵抗を周期的に計測する。電池２０が、制御器６４などのマイクロプロセッサまたは制御器を備えていれば、電池充電器３０は、１）電池温度を周期的に計測するために、および／または電池温度が１つまたは複数の適正動作範囲の外にあるかどうかを周期的に計測するために、制御器６４に問合わせを行うか、または２）以下に論じるように、制御器６４から、電池温度が適正動作範囲内外にあることを示す信号を受け取るために待機する。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は、電池２０を充電する充電方式または方法が電池２０の現在の電圧を基本とする。いくつかの構成では、電池充電器３０は、以下に論じるように、電流が電池２０に供給されている、かつ／または電流が供給されていない既定期間の後に、電池電圧を周期的に検出または監視しながら、充電電流を電池２０に供給する。いくつかの構成では、電池充電器３０は、電池２０を充電する充電方式または方法が電池２０の温度と電圧の両方を基本とする。また、充電方式は個々のセル電圧に基づき得る。
一旦、電池温度および／または電池電圧が既定の閾値を超えるか、または適正な動作範囲外にあれば、電池充電器３０は充電電流を中断する。電池充電器３０は、電池温度／電圧を周期的に検出または監視を続行するか、または電池温度／電圧が適正動作範囲内にあることを示す信号を制御器６４から受け取るために待機する。電池温度／電圧が適正動作範囲内にあるとき、電池充電器３０は、電池２０に対する充電電流の供給を再開することができる。電池充電器３０は、電池温度／電圧を監視し続け、かつ検出した電池温度／電圧に基づいて充電電流の中断と再開を続行する。いくつかの構成では、既定期間の後にまたは電池容量が既定の閾値に達するとき、電池充電器３０は充電を終了する。他の構成では、電池２０を電池充電器３０から脱着するときに充電が終了する。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は、電池２０などの、異なる化学的性質および／または公称電圧を有する様々な電池を充電するための動作方法を含む。このような充電動作２００の一例を図５ａおよび５ｂに例示する。いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は、Ｌｉ−Ｃｏの化学的性質、Ｌｉ−Ｍｎスピネルの化学的性質、Ｌｉ−Ｍｎニッケルの化学的性質等々のようなリチウムベースの電池を充電するための動作方法を含む。いくつかの構成およびいくつかの態様では、充電動作２００は、異なる電池条件および／または電池特性に応答して、異なる機能を実行するための様々なモジュールを含む。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、充電動作２００の方法は、異常なおよび／または通常の電池条件に基づいて充電を中断するためのモジュールを含む。いくつかの構成では、充電動作２００は、図６の流れ図２０５に例示する不良パックモジュール（ｄｅｆｅｃｔｉｖｅｐａｃｋ ｍｏｄｕｌｅ）などの不良パックモジュール、および／または図７の流れ図２１０に例示する温度範囲外モジュール（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｕｔ−ｏｆ−ｒａｎｇｅ ｍｏｄｕｌｅ）などの温度範囲外モジュールを含む。いくつかの構成では、電池充電器３０は、異常な電池電圧、異常なセル電圧、および／または異常な電池容量に基づいて充電を終了するために、不良パックモジュール２０５に入る。いくつかの構成では、電池充電器３０は、異常な電池温度ならびに／または１つもしくは複数の異常な電池セル温度に基づいて充電を終了するために、温度範囲外モジュール２１０に入る。いくつかの構成では、充電動作２００は、以上および以下に論じる条件よりも多いかまたは少ない電池条件に基づいて充電を終了する、以上および以下に論じるモジュールよりも多いかまたは少ないモジュールを含む。充電動作と充電モジュールの他の構成を図２８〜３８に示す。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、充電動作２００は、様々な電池条件に基づいて電池２０を充電するための様々なモードまたはモジュールを含む。いくつかの構成では、充電動作２００は、図８の流れ図２１５に例示する細流充電モジュール（ｔｒｉｃｋｌｅｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｕｌｅ）のような細流充電モジュール、図９の流れ図２２０に例示する段階充電モジュール（ｓｔｅｐｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｕｌｅ）のような段階充電モジュール、図１０の流れ図２２５に例示する急速充電モジュール（ｆａｓｔｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｕｌｅ）のような急速充電モジュール、および／または図１１の流れ図２３０に例示する維持モジュールのような維持充電モジュール（ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｕｌｅ）を含む。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、それぞれの充電モジュール２１５〜２３０が、一定の電池温度範囲、一定の電池電圧範囲、および／または一定の電池容量範囲に基づいて、充電動作２００時に、制御器１００によって選択される。いくつかの構成では、それぞれのモジュール２１５〜２３０が、表１に示す電池特性に基づいて制御器１００によって選択される。いくつかの構成では、「電池温度」または「電池の温度」という条件は、全体として計測した電池（すなわち、電池セル、電池構成要素等々）の温度、および／または個々にもしくは集合的に計測した電池セルの温度を包含することができる。いくつかの構成では、以下に論じるように、それぞれの充電モジュール２１５〜２３０は、例えば、完全充電電流（ｆｕｌｌｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ）のような同じ基本的な充電方式または充電アルゴリズム（ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に基づき得る。
Figure 2012010591
いくつかの構成およびいくつかの態様では、細流充電モジュール２１５の間に、電池２０に印加される充電電流は、電池２０に、第１期間の間、例えば、１０秒間、完全充電電流（例えば、「Ｉ」）を印加し、次いで第２期間の間、例えば、５０秒間、完全充電電流を一時停止することを含む。いくつかの構成では、完全充電電流は、ほぼ既定の振幅にある充電電流のパルスである。いくつかの構成では、電池充電器３０は、電池電圧が第１の既定電圧閾値Ｖ１よりも低ければ、細流充電モジュール２１５にのみ入る。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、急速充電モジュール２２５の間に、電池２０に印加される充電電流は、第１期間、例えば、１秒間、電池２０に完全充電電流を印加し、次いで第２期間、例えば、５０ミリ秒の間、完全充電電流を一時停止することを含む。いくつかの構成では、制御器１００は、バックアップタイマを第１の既定制限時間、例えば、約２時間などに設定する。これらの構成では、電池充電器３０は、電池の損傷を回避するために、既定制限時間の間は急速充電モジュール２２５を実行しない。他の構成では、電池充電器３０は、既定制限時間が切れると終了する（例えば、充電を中止する）。
いくつかの構成では、電池充電器３０は、電池電圧が、第１の電圧閾値Ｖ１から第２の既定電圧閾値Ｖ２までの範囲に含まれ、かつ電池温度が第２の電池温度閾値Ｔ２から第３の電池温度閾値Ｔ３までの範囲内にあれば、急速充電モジュール２２５にのみ入る。いくつかの構成では、第２電圧閾値Ｖ２は第１電圧閾値Ｖ１よりも高く、第３温度閾値Ｔ３は第２温度閾値Ｔ２よりも高い。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、段階充電モジュール２２０の間に、電池２０に印加される充電電流は、電池２０に急速充電モジュール２２５の充電電流を印加することを含むが、１分間の充電（「オン」）、１分間の充電一時停止（「オフ」）の動作周期を有する。いくつかの構成では、制御器１００は、例えば、約４時間などの第２の既定制限時間に、バックアップタイマを設定する。これらの構成では、電池充電器３０は、電池の損傷を回避するために、既定制限時間の間は段階充電モジュール２２０を実行しない。
いくつかの構成では、電池充電器３０は、電池電圧が第１の電圧閾値Ｖ１から第２の電圧閾値Ｖ２までの範囲に含まれ、かつ電池温度が第１の温度閾値Ｔ１から第２の温度閾値Ｔ２までの範囲内にあれば、段階充電モジュール２２０のみに入る。いくつかの構成では、第２の電圧閾値Ｖ２は第１の電圧閾値Ｖ１よりも高く、第２の温度閾値Ｔ２は第１の温度閾値Ｔ１よりも高い。
いくつかの構成およびいくつか態様では、維持モジュール２３０の間に、電池２０に印加される充電電流は、電池電圧が一定の既定閾値に降下するときのみに、電池２０に完全充電電流を印加することを含む。いくつかの構成では、この閾値は約４．０５Ｖ／セル（１セル当たり＋／−１％）である。いくつかの構成では、電池充電器３０は、電池電圧が第２の電圧閾値Ｖ２から第３の電圧閾値Ｖ３までの範囲内に含まれ、かつ電池温度が第１の温度閾値Ｔ１から第３の温度閾値Ｔ３までの範囲内にあれば、維持モジュール２３０のみに入る。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、制御器１００は、様々な電池条件に基づいて様々な充電モジュール２２０〜２３０を実行する。いくつかの構成では、それぞれの充電モジュール２２０〜２３０が同じ充電アルゴリズム（例えば、完全充電電流を印加するためのアルゴリズム）を含む。しかし、それぞれの充電モジュール２２０〜２３０は、異なる方式で充電アルゴリズムを実行し、反復し、または組み込む。充電アルゴリズムの一例は、以下に論じるように、図１２の流れ図２５０に例示する充電電流アルゴリズムである。
図５ａおよび５ｂに例示するように、充電動作２００は、ステップ３０５で電池２０のような電池を電池充電器３０に挿入するかまたは電気的に接続するときに始まる。ステップ３１０で、制御器１００は、電力の安定入力、例えば、電源１３０が電池充電器３０に印加されているかまたは接続されているかどうかを確認する。図５ａに示すように、電池２０が電池充電器３０に電気的に接続された後に電力を印加しても同じ動作が依然として該当する（すなわち、ステップ３０５はステップ３１０に進む）。
制御器１００が、電力の安定入力が印加されていないことを確認すれば、制御器１００は、指示器１１０を起動せず、ステップ３１５で電池２０の充電を行わない。いくつかの構成では、電池充電器３０は、ステップ３１５で、わずかな放電電流を消費する。いくつかの構成では、このような放電電流は約０．１ｍＡよりも小さい。
制御器１００が、ステップ３１０で、電池充電器３０に電力の安定入力が印加されていることを確認すれば、動作２００はステップ３２０に進む。ステップ３２０では、制御器１００は、電池端子４５、５０、および５５と電池充電器端子８０、８５、および９０の間の接続がすべて安定しているかどうかを確認する。ステップ３２０で、接続が安定していなければ、制御器１００はステップ３１５に戻る。
ステップ３２０で、接続が安定していれば、制御器１００は、ステップ３２５で、電池２０の検出端子５５によって電池２０の化学的性質を識別する。いくつかの構成では、電池２０からの抵抗型検出リード線は、制御器１００によって検出されるとき、電池２０がニッケルカドミウムまたはニッケル水素の化学的性質を有することを示す。いくつかの構成では、制御器１００は抵抗型検出リード線の抵抗を計測して電池２０の化学的性質を確認する。例えば、いくつかの構成では、検出リード線の抵抗が第１の範囲にあれば、電池２０の化学的性質はニッケルカドミウムである。検出リード線の抵抗が第２の範囲にあれば、電池２０の化学的性質はニッケル水素である。
いくつかの構成では、ニッケルカドミウム電池およびニッケル水素電池は、リチウムベースの化学的性質を有する電池に関して実行される充電アルゴリズムとは異なる単一の充電アルゴリズムを使用して電池充電器３０によって充電される。いくつかの構成では、このようなニッケルカドミウムおよびニッケル水素電池に関する単一充電アルゴリズムは、例えば、ニッケルカドミウム／ニッケル水素電池に関する既存の充電アルゴリズムである。いくつかの構成では、電池充電器３０は、ニッケルカドミウム電池およびニッケル水素電池を充電するための単一充電アルゴリズムを使用するが、ニッケル水素電池に対する充電を終了するために使用する終了方式とは異なる方式によって、ニッケルカドミウム電池に関する充電過程を終了する。いくつかの構成では、電池充電器３０は、電池電圧の負の変化（例えば、−ΔＶ）が制御器１００によって検出されるとき、ニッケルカドミウム電池に対する充電を終了する。いくつかの構成では、電池充電器３０は、時間経過に伴う電池温度の変化（例えば、ΔＴ／ｄｔ）が既定の終了閾値に達するかまたは超えるとき、ニッケル水素電池に対する充電を終了する。
いくつかの構成では、ニッケルカドミウムおよび／またはニッケル水素電池は、定電流アルゴリズムを使用して充電される。例えば、電池充電器３０は、ニッケルカドミウム、ニッケル水素、リチウムイオン等々のような異なる化学的性質を有する異なる電池を充電するために同じ充電回路を含むことができる。典型的な１つの構成では、充電器３０は、この充電回路を使用し、パルス充電ではなく定電流アルゴリズムを用いて、リチウムイオン電池と同じ完全充電電流をニッケルカドミウムおよびニッケル水素電池に印加することができる。別の典型的な構成では、電池充電器３０は、電池の化学的性質にしたがって、充電回路によって完全充電電流をスケーリングすることができる。
他の構成では、制御器１００は電池２０の厳密な化学的性質を確認しない。その代わりに、制御器１００は、ニッケルカドミウム電池とニッケル水素電池の両方を効果的に充電できる充電モジュールを実行する。
他の構成では、検出リード線の抵抗は、電池２０がリチウムベースの化学的性質を有することを示し得る。例えば、検出リード線の抵抗が第３の範囲内にあれば、電池２０の化学的性質はリチウムをベースとするものである。
いくつかの構成では、検出端子５５および９０によって確立された電池充電器３０と電池２０の間の直列通信リンクが、電池２０がリチウムベースの化学的性質を有することを示す。直列通信リンクがステップ３２０で確立されれば、電池２０中の制御器６４のようなマイクロプロセッサまたは制御器が、電池２０に関する情報を電池充電器３０中の制御器１００に送る。このように電池２０と電池充電器３０の間で伝達される情報には、電池の化学的性質、公称電池電圧、電池容量、電池温度、個々のセル電圧、充電周期の数、放電周期の数、保護回路または回路網の状態（例えば、動作中、動作不能、動作可能等々）が含まれ得る。
ステップ３３０では、制御器１００は、電池２０の化学的性質がリチウムをベースとするものかどうかを確認する。ステップ３３０で、制御器１００が、電池２０がニッケルカドミウムまたはニッケル水素の化学的性質を有することを確認すれば、動作２００は、ステップ３３５のニッケルカドミウム／ニッケル水素の充電アルゴリズムに進む。
制御器１００が、ステップ３３０で、電池２０がリチウムベースの化学的性質を有することを確認すれば、動作２００はステップ３４０に進む。ステップ３４０で、制御器１００は、例えば、スイッチのような、電池２０の中に含まれている任意の電池保護回路を再設定し、通信リンクを介して電池２０の公称電圧を確認する。ステップ３４５で、制御器１００は、充電器のアナログ／デジタル変換器（「Ａ／Ｄ」）を公称電圧に基づいて適切な水準に設定する。
ステップ３５０で、制御器１００は電池２０の現在の電圧を計測する。一旦、計測が行われると、制御器１００は、ステップ３５５で、電池２０の電圧が４．３Ｖ／セルよりも大きいかどうかを確認する。ステップ３５５で、電池電圧が４．３Ｖ／セルよりも大きければ、動作２００は、ステップ３６０の不良パックモジュール２０５に進む。この不良パックモジュール２０５については以下で論じる。
ステップ３５５で、電池電圧が４．３Ｖ／セル以下であれば、制御器１００は、ステップ３６５で電池温度を計測し、さらにステップ３７０で、電池温度が−１０℃よりも低いか、それとも６５℃よりも高いかを確認する。ステップ３７０で、電池温度が−１０℃よりも低いかまたは６５℃よりも高ければ、動作２００は、ステップ３７５の温度範囲外モジュール２１０に進む。この温度範囲外モジュール２１０については以下で論じる。
ステップ３７０で、電池温度が−１０℃以上であるか、または６５℃以下であれば、制御器１００は、ステップ３８０（図５ｂに示す）で、電池温度が−１０℃と０℃の間にあるかどうかを確認する。ステップ３８０で、電池温度が−１０℃と０℃の間にあれば、動作２００はステップ３８５に進む。ステップ３８５で、制御器１００は、電池電圧が３．５Ｖ／セル未満であるかどうかを確認する。電池電圧が３．５Ｖ／セル未満であれば、動作２００は、ステップ３９０の細流充電モジュール２１５に進む。この細流充電モジュール２１５については以下で論じる。
電池電圧が、ステップ３８５で３．５Ｖ／セル以上であれば、制御器１００は、ステップ３９５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルの電圧範囲内に含まれているかどうかを確認する。ステップ３９５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルまでの電圧範囲に含まれていなければ、動作２００はステップ４００の維持モジュール２３０に進む。この維持モジュール２３０については以下で論じる。
ステップ３９５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルまでの電圧範囲内に含まれていれば、制御器１００は、ステップ４０５で、充電計数器のような計数器を消去する。一旦、ステップ４０５で充電計数器が消去されると、制御器２００は、ステップ４１０の段階充電モジュール２２０に進む。この段階充電モジュール２２０および充電計数器については以下に論じる。
ステップ３８０を再び参照すると、電池温度が−１０℃と０℃の範囲内に含まれていなければ、制御器１００は、ステップ４１５で、電池電圧が３．５Ｖ／セル未満であるかどうかを確認する。ステップ４１５で、電池電圧が３．５Ｖ／セル未満であれば、動作２００はステップ４２０の細流充電モジュール２１５に進む。
ステップ４１５で、電池電圧が３．５Ｖ／セル以上であれば、制御器１００は、ステップ４２５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルの電圧範囲内に含まれているかどうかを確認する。ステップ４２５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルの電圧範囲内に含まれていなければ、動作２００はステップ４３０の維持モジュール２３０に進む。
ステップ４２５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルまでの電圧範囲内に含まれていれば、制御器１００は、ステップ４３５で充電計数器のような計数器を消去する。ステップ４３５で、一旦、充電計数器が消去されると、動作２００はステップ４４０の急速充電モジュール２２５に進む。この急速充電モジュール２２５については以下で論じる。
図６は、不良パックモジュール２０５の動作を例示する流れ図である。モジュール２０５の動作は、主充電動作２００がステップ４６０の不良パックモジュール２０５に入るときに始まる。制御器１００は、ステップ４６５で充電電流を中断し、かつステップ４７０で、第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）のような指示器１１０を作動する。例示の構成では、制御器１００は第１のＬＥＤが約４Ｈｚの速度で点滅するように制御する。一旦、指示器１１０がステップ４７０において作動されると、モジュール２０５はステップ４７５で終了し、かつ動作２００も終了する。
図７は、温度範囲外モジュール２１０の動作を例示する流れ図である。モジュール２１０の動作は、主充電動作２００がステップ４９０の温度範囲外モジュール２１０に入るときに始まる。制御器１００は、ステップ４９５で充電電流を中断し、かつステップ５００で、第１のＬＥＤのような指示器１１０を作動する。例示の構成では、制御器１００は、第１のＬＥＤが約１Ｈｚの速さで点滅するように制御し、現在、電池充電器３０が温度範囲外モジュール２１０にあることを使用者に知らせる。ステップ５００で、一旦、指示器１１０が作動されると、動作２００はモジュール２１０から退出し、かつ動作２００を中断するステップに進む。
図８は、細流充電モジュール２１５を例示する流れ図である。細流充電モジュール２１５の動作は、主充電動作２００がステップ５２０の細流充電モジュール２１５に入るときに始まる。制御器１００は、ステップ５２５で第１のＬＥＤ１１５のような指示器１１０を作動し、現在、電池充電器３０が電池２０を充電中であることを使用者に知らせる。例示の構成では、制御器１００は、第１のＬＥＤ１１５を常にオン状態に表示されるように作動する。
一旦、指示器１１０がステップ５２５で作動されると、制御器１００は、ステップ５３０で、細流充電計数カウンタのような計数器を初期化する。例示の構成では、細流充電計数カウンタが２０の計数制限値を有する。
ステップ５４０では、制御器１００は、１０回の１秒（「１−ｓ」）完全電流パルスを電池２０に印加し、次いで、５０秒間（「５０−ｓ」）、充電を一時停止する。いくつかの構成では、１−ｓパルス間に５０ミリ秒の時間間隔が存在する。
ステップ５４５で、制御器１００は、電池電圧が４．６Ｖ／セルを超えるかどうか確認するために、充電電流が電池２０に印加されるときに（例えば、電流オン時間（ｃｕｒｒｅｎｔｏｎ−ｔｉｍｅｓ））電池電圧を計測する。ステップ５４５の電流オン時間の間に、電池電圧が４．６Ｖ／セルを超えれば、モジュール２１５は、ステップ５５０の不良パックモジュール２０５に進み、ステップ５５２で終了することになる。電池電圧が、ステップ５４５の電流オン時間の間に４．６Ｖ／セルを超えなければ、制御器１００は、ステップ５５５で、充電電流が電池２０に印加されないとき（例えば、電流オフ時間（ｃｕｒｒｅｎｔｏｆｆ−ｔｉｍｅｓ））に電池温度および電池電圧を計測する。
ステップ５６０で、制御器１００は、電池温度が−１０℃よりも低いかまたは６５℃を超えているかどうかを確認する。ステップ５６０で、電池温度が−１０℃よりも低いかまたは６５℃よりも高ければ、モジュール２１５はステップ５６５の温度範囲外モジュール２１０に進み、ステップ５７０で終了することになる。ステップ５６０で、電池温度が−１０℃以上であるかまたは６５℃以下であれば、制御器１００は、ステップ５７５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルまでの範囲内に含まれているかどうかを確認する。
ステップ５７５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルの範囲に含まれていれば、制御器１００は、ステップ５８０で、電池温度が−１０℃から０℃までの範囲内に含まれているかどうかを確認する。ステップ５８０で、電池温度が−１０℃から０℃までの範囲に含まれていれば、モジュール２１５は、ステップ５８５で、段階充電モジュール２２０に進む。ステップ５８０で、電池温度が−１０℃から０℃までの範囲に含まれていなければ、モジュール２１５は、ステップ５９０の急速充電モジュール２２５に進む。
ステップ５７５で、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．１Ｖ／セルまでの範囲内に含まれていなければ、制御器１００は、ステップ５９５で細流充電計数カウンタを増分する。ステップ６００では、制御器１００は、細流充電計数カウンタが、例えば、２０などの計数器の制限値に等しいかどうかを確認する。ステップ６００で、計数器が計数制限値に等しくなければ、モジュール２１５はステップ５４０に進む。ステップ６００で、計数器が計数制限値に等しければ、モジュール２１５は、ステップ６０５の不良パックモジュール２０５に進み、かつステップ６１０で終了することになる。
図９は、段階充電モジュール２２０を例示する流れ図である。モジュール２２０の動作は、主充電動作２００がステップ６３０の段階充電モジュール２２０に入るときに始まる。制御器１００は、ステップ６３５で第１のＬＥＤ１１５のような指示器１１０を作動し、現在、電池充電器３０が電池２０を充電中であることを使用者に知らせる。例示の構成では、制御器１００は、第１のＬＥＤ１１５を常にオン状態に表示されているように作動する。
ステップ６４０で、制御器１００は第１タイマまたは充電オンタイマ（ｃｈａｒｇｅ−ｏｎｔｉｍｅｒ）を始動する。例示の構成では、充電オンタイマは１分から秒読みを行う。ステップ６４５で、モジュール２２０は充電電流アルゴリズム２５０に進む。一旦、充電電流アルゴリズム２５０が実行されると、制御器１００は、ステップ６５０で、充電計数が、例えば、７，２００などの計数制限値に等しいかどうかを確認する。ステップ６５０で、充電計数が計数制限値に等しければ、モジュール２２０は、ステップ６５５の不良パックモジュール２０５に進み、かつモジュール２２０はステップ６６０で終了する。
ステップ６５０で、充電計数が計数制限値に等しくなければ、制御器１００は、ステップ６６５で、電流パルス間の待機時間（下で論じる）が、例えば、２秒などの第１待機時間閾値以上であるかどうかを確認する。ステップ６６５で、待機時間が第１待機時間閾値以上であれば、制御器１００は、ステップ６７０で表示器１１０を作動し、例えば、第１のＬＥＤ１１５を切り、かつ第２のＬＥＤ１２０を約１Ｈｚの速さで点滅するように作動する。ステップ６６５で、待機時間が第１待機時間閾値未満であれば、モジュール２２０はステップ６９０に進む（下で論じる）。
一旦、ステップ６７０で表示器１１０が作動されると、制御器１００は、ステップ６７５で、電流パルス間の待機時間が、例えば、１５秒のような第２待機時間閾値以上であるかどうかを確認する。ステップ６７５で、待機時間が第２待機時間閾値以上であれば、制御器１００はステップ６８０で表示器１１０を変更し、例えば、第２のＬＥＤ１２０が常にオン状態に表示されているように第２のＬＥＤ１２０を作動する。次いで、モジュール２２０はステップ６８５の維持モジュール２３０に進む。
ステップ６７５で、待機時間が第２待機時間閾値未満であれば、制御器１００は、ステップ６９０で、電池温度が０℃よりも高いかどうかを確認する。ステップ６９０で、電池温度が０℃よりも高ければ、モジュール２２０はステップ６９５の急速充電モジュール２２５に進む。ステップ６９０で、電池温度が０℃以下であれば、制御器１００は、ステップ７００で充電オンタイマが切れたかどうかを確認する。
ステップ７００で、充電オンタイマが切れていなかったら、モジュール２２０はステップ６４５の充電電流アルゴリズム２５０に進む。ステップ７００で、充電オンタイマが切れていたら、制御器１００は、ステップ７０５で、第２タイマまたは充電オフタイマ（ｃｈａｒｇｅ−ｏｆｆｔｉｍｅｒ）を作動し、充電を一時停止する。ステップ７１０で、制御器１００は、充電オフタイマが切れたかどうかを確認する。ステップ７１０で、充電オフタイマが切れていなかったら、制御器１００は、ステップ７１５で既定時間量の間待機し、次いでステップ７１０に進む。ステップ７１０で、充電オフタイマが切れていたら、モジュール２２０はステップ６４０に戻って充電オンタイマを再始動する。
図１０は、急速充電モジュール２２５を例示する流れ図である。モジュール２２５の動作は、主充電動作２００がステップ７３０の急速充電モジュール２２５に入るときに始まる。制御器１００は、ステップ７３５で第１のＬＥＤ１１５のような指示器１１０を作動し、現在、電池充電器３０が電池２０を充電中であることを使用者に知らせる。例示の構成では、制御器１００は、第１のＬＥＤ１１５を作動し、それが常にオン状態に表示されているようにする。
ステップ７４０で、モジュール２２５は充電電流アルゴリズム２５０に進む。一旦、充電電流アルゴリズム２５０が実行されると、制御器１００は、ステップ７４５で、充電計数が計数制限値（例えば、７，２００）に等しいかどうかを確認する。ステップ７４５で、充電計数が計数制限値に等しければ、モジュール２２５はステップ７５０の不良パックモジュール２０５に進み、かつモジュール２２５はステップ７５５で終了する。
ステップ７４５で、充電計数が計数制限値に等しくなければ、制御器１００は、ステップ７６０で、電流パルス間の待機時間が第１待機時間閾値（例えば、２秒）以上であるかどうかを確認する。ステップ７６０で、待機時間が第１待機時間閾値以上であれば、制御器１００はステップ７６５で表示器１１０を作動し、例えば、第１のＬＥＤ１１５を切り、かつ第２のＬＥＤ１２０を約１Ｈｚの速さで点滅するように作動する。ステップ７６０で、待機時間が第１待機時間閾値未満であれば、モジュール２２５はステップ７８５に進む（下で論じる）。
一旦、ステップ７６５で表示器１１０が作動されると、制御器１００は、ステップ７７０で、電流パルス間の待機時間が第２待機時間閾値（例えば、１５秒）以上であるかどうかを確認する。ステップ７７０で、待機時間が第２待機時間閾値以上であれば、制御器１００は、ステップ７７５で表示器１１０を変更し、例えば、第２のＬＥＤ１２０を作動し、この第２のＬＥＤ１２０が常にオン状態に表示されているようにする。モジュール２２５は、次いでステップ７８０の維持モジュール２３０に進む。
ステップ７７０で、待機時間が第２待機時間閾値未満であれば、制御器１００は、ステップ７８５で、電池温度が−２０℃から０℃までの範囲内に含まれているかどうかを確認する。ステップ７８５で、電池温度がこの範囲内に含まれていれば、モジュール２２５はステップ７９０の段階充電モジュール２２０に進む。ステップ７８５で、電池温度がこの範囲内に含まれていなければ、モジュール２２５はステップ７４０の充電電流アルゴリズム２５０に戻る。
図１１は、維持モジュール２３０を例示する流れ図である。モジュール２３０の動作は、主充電動作２００がステップ８００の維持モジュール２３０に入るときに始まる。ステップ８０５で、制御器１００は、電池電圧が３．５Ｖ／セルから４．０５Ｖ／セルまでの範囲内に含まれているかどうかを確認する。ステップ８０５で、電池電圧がこの範囲内に含まれていなければ、制御器１００は、電池電圧が範囲内に含まれるまでステップ８０５に留まり続ける。一旦、ステップ８０５で電池電圧がこの範囲内に含まれると、制御器１００は、ステップ８１０の維持タイマ（ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｔｉｍｅｒ）を始動する。いくつかの構成では、維持タイマが３０分から秒読みを行う。
ステップ８１５で、制御器１００は、電池温度が−２０℃よりも低いかまたは６５℃を超えるかを確認する。ステップ８１５で、電池温度が−２０℃よりも低いかまたは６５℃を超えれば、モジュール２３０はステップ８２０の温度範囲外モジュール２１０に進み、かつモジュールはステップ８２５で終了する。ステップ８１５で、電池温度が−２０℃以上かまたは６５℃以下であれば、モジュール２３０は、ステップ８３０の充電電流アルゴリズム２５０に進む。
一旦、ステップ８３０で充電電流アルゴリズム２５０が実行されると、ステップ８３５で、制御器１００は、維持タイマが切れたかどうかを確認する。維持タイマが切れていたら、モジュール２３０はステップ８４０の不良パックモジュール２０５に進み、かつモジュール２３０はステップ８４５で終了する。ステップ８３５で、維持タイマが切れていなかったら、制御器１００は、ステップ８５０で、電流パルス間の待機時間が、例えば、１５秒などの第１既定維持待機期間以上であるかどうかを確認する。
ステップ８５０で、待機時間が第１既定維持待機期間よりも長ければ、モジュール２３０はステップ８０５に進む。ステップ８５０で、待機時間が第１既定維持待機期間未満であれば、モジュール２３０はステップ８３０の充電電流アルゴリズム２５０に進む。いくつかの構成では、電池充電器３０は、バッテリパック（電池）２０を電池充電器３０から脱着するまで維持モジュール２３０に留まる。
図１２は、基本的な充電方式または充電電流アルゴリズム２５０を例示する流れ図である。モジュール２５０の動作は、その他のモジュール２２０〜２３０または主充電動作２００がステップ８７０で充電電流アルゴリズム２５０に入るときに始まる。ステップ８７５で、制御器１００は約１秒間、完全電流パルスを印加する。ステップ８８０で、制御器１００は、電流を電池２０に印加しているときに、電池電圧が４．６Ｖ／セルよりも大きいかどうかを確認する。
ステップ８８０で、電池電圧が４．６Ｖ／セルよりも大きければ、アルゴリズム２５０はステップ８８５の不良パックモジュール２０５に進み、かつアルゴリズム２５０はステップ８９０で終了することになる。ステップ８８０で、電池電圧が４．６Ｖ／セル以下であれば、制御器１００は、ステップ８９５で、充電電流を中断し、充電電流計数器のような計数器を増分し、かつ計数値を格納する。
ステップ９００では、制御器１００は、電池温度が−２０℃よりも低いかまたは６５℃を超えるかを確認する。ステップ９００で、電池温度が−２０℃よりも低いかまたは６５℃を超えれば、アルゴリズム２５０はステップ９０５の温度範囲外モジュール２１０に進み、かつアルゴリズム２５０はステップ９１０で終了する。ステップ９００で、電池温度が−２０℃以上かまたは６５℃以下であれば、ステップ９１５で、制御器１００は、充電電流を電池２０に印加していないときに電池電圧を計測する。
ステップ９２０で、制御器１００は、電池電圧が４．２Ｖ／セル未満であるかどうかを確認する。ステップ９２０で、電池電圧が４．２Ｖ／セル未満であれば、アルゴリズム２５０はステップ８７５に進む。ステップ９２０で、電池電圧が４．２Ｖ／セル以上であれば、ステップ９２５で、制御器１００は、電池電圧が約４．２Ｖ／セルに等しくなるまで待機する。ステップ９２５では、制御器１００はその待機時間も格納する。アルゴリズム２５０はステップ９３０で終了する。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は、電池２０などの異なる化学的性質および／または公称電圧を有する様々な電池を充電するために、別の動作方法を含むことができる。このような充電動作の一例が図２８〜３８に例示してある。いくつかの構成およびいくつかの態様では、電池充電器３０は、Ｌｉ−Ｃｏ化学的性質、Ｌｉ−Ｍｎスピネル化学的性質、Ｌｉ−Ｍｎニッケル化学的性質等々を有する電池のような、リチウムベースの電池を充電するための動作方法を含む。いくつかの構成および態様では、充電動作２００は、異なる電池条件および／または電池特性に応答して異なる機能を実行するための様々なモジュールを含む。
いくつかの構成および態様では、充電動作の方法は、異常なおよび／または通常の電池条件に基づいて充電を中断するためのモジュールを含む。いくつかの構成では、充電動作は、不良パックモジュールおよび／または図３６の流れ図２２３５に例示する温度範囲外モジュールのような温度範囲外モジュールを含む。いくつかの構成では、電池充電器３０は、異常な電池電圧、異常なセル電圧、および／または異常な電池容量に基づいて充電を終了するために、不良パックモジュールに入る。いくつかの構成では、電池充電器３０は、異常な電池温度および／または１つもしくは複数の異常な電池セル温度に基づいて充電を終了するために、温度範囲外モジュール２２３５に入る。いくつかの構成では、充電動作は、以上および以下で論じる条件よりも多いかまたは少ない条件に基づいて充電を終了する、以上および以下に論じるモジュールよりも多いかまたは少ないモジュールを含む。
いくつかの構成および態様では、充電動作は、動作における様々な条件または段階に基づいて電池２０を充電するための様々なモードまたはモジュールを含む。いくつかの構成では、充電動作には、図３４の流れ図２２２５に例示する細流（制限）充電モジュール（ｔｒｉｃｋｌｅ（ｌｉｍｉｔｅｄ） ｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｕｌｅ）のような細流充電モジュール、図３３の流れ図２２２０に例示する細流（段階）モジュール（ｔｒｉｃｋｌｅ （ｓｔｅｐ） ｍｏｄｕｌｅ）、図３２の流れ図２２１５に例示する急速充電モジュールのような急速充電モジュール、および／または図３５の流れ図２２３０に例示する維持モジュールのような維持充電モジュールばかりでなく、図３１の流れ図２２１０に例示するフラットパック起動モジュール（ｆｌａｔｐａｃｋ ｗａｋｅ−ｕｐ ｍｏｄｕｌｅ）、図２９、３０の流れ図２２０５および図２８の流れ図２２００にそれぞれ例示する充電モジュールならびにパック挿入モジュール（ｐａｃｋｉｎｓｅｒｔ ｍｏｄｕｌｅ）２２００（充電を開始する）などの他のモジュールも含まれる。充電動作には、他のモジュールが様々な方法で実行する、図３７および３８の流れ図２２４０に例示するアルゴリズムのような充電電流アルゴリズムも含まれる。
充電動作の一部に関する一例を図２８〜３０に関して列挙する。例えば、充電動作は、図２８に示すように、パック挿入モジュール２２００から始まる。この動作は、電池充電器に電力が供給されることから始まり（ステップ２３０５）、電池充電器３０は入力電圧Ｖ入力が適正な動作パラメータ範囲内（例えば、８０Ｖ＜Ｖ入力＜１４０Ｖ）であるかどうかを確認する（ステップ２３１０）。入力電圧Ｖ入力がこの動作パラメータ範囲内になければ、電池充電器３０は充電を阻止する（ステップ２３１５）。電池充電器３０は、使用者に適正な入力電圧Ｖ入力が供給されているかどうかも知らせる（ステップ２３１５）。
電池充電器３０が適正な入力電圧Ｖ入力を受け取っていれば、バッテリパック２０は充電器に接続され（ステップ２３２５）、かつ充電器３０は適正な接続（例えば、端子間の接続）が行われたかどうかを確認する（ステップ２３３０）。適切な接続が行われていなかったら、充電器３０は、いずれのＬＥＤも点灯させず（ステップ２３３５）、充電動作が終了する（ステップ２３４０）。接続が行われていれば、充電器３０は、制御器１００に対する電圧によって電池２０の存在を検出し（ステップ２３４５）、制御器１００は電池２０の電圧Ｖパックを計測する（ステップ２３５０）。
充電器３０は、電池電圧Ｖパックが５Ｖよりも低いかどうかを確認する（ステップ２３５５）。電池電圧Ｖパックが５Ｖよりも低ければ、充電動作はフラットパック起動モジュール２２１０に進む（ステップ２３６０）。電池電圧Ｖパックが５Ｖ以上であれば、充電器３０は電池２０との接続を確立しようとして（ステップ２３６５）、接続が確立されているかどうかを確認する（ステップ２３７０）。接続が確立されていなければ、充電器３０はいずれの表示器も点灯させず（ステップ２３７５）、かつ充電動作を終了する（ステップ２３８０）。接続が確立されれば、充電動作は充電モジュール２２０５に進む（ステップ２３８５）。
充電モジュール２２０５を図２９および３０に例示する。充電モジュール２２０５は、充電器３０がパック公称電圧を識別しかつ適切な計測パラメータを設定することから開始し（ステップ２４０５）、次いで電池２０のセル電圧の問合わせを行って（ステップ２４１０）、いずれかのセル電圧が上限閾値（例えば、４．３５Ｖ）よりも大きいかどうか確認する（２４１５）。いずれかのセルが上限閾値よりも大きければ、充電器３０はいずれのＬＥＤも作動させず（ステップ２４２０）、かつ充電動作を終了する（ステップ２４２５）。いずれのセルも上限閾値を超えていなければ、充電器３０は、充電器３０の端子間の電池電圧を計測し（ステップ２４３０）、次いで電池２０によって計測された電池電圧Ｖパックの問合わせを行い（ステップ２４３５）、計測値が一致するかどうかを確認する（ステップ２４４０）。計測値が一致しなければ、充電器３０はいずれのＬＥＤも作動させず（ステップ２４４５）、かつ充電動作が終了する（ステップ２４５０）。
計測値が一致すれば、充電器３０は、電池２０に電池温度に関する問合わせを行い（ステップ２４５５）、電池温度が動作範囲内にあるかどうかを確認する（ステップ２４６０）。電池電圧が望ましい動作範囲内になければ、動作は温度範囲外モジュール２２３５に進み（ステップ２４６５）、充電器３０は、一旦、充電動作が温度範囲外モジュール２２３５から退出すると、再び電池２０に電池温度情報の問合わせを行うことができる（２４５５）。
電池温度が望ましい動作範囲内にあれば、充電器３０は、電池電圧Ｖパックが維持閾値（例えば、１セル当たり４．１Ｖ）よりも大きいかどうかを確認し（ステップ２４７０）、電池電圧Ｖパックが維持閾値よりも大きければ、充電動作は維持モジュール２２３０に進む（ステップ２４７５）。そうでなければ、充電器３０は、電池電圧Ｖパックが細流閾値（例えば、１セル当たり３．５Ｖ）よりも小さいかどうか確認し（ステップ２４８０）、電池電圧Ｖパックが細流閾値よりも低ければ、充電動作は細流（制限）モジュール２２２５に進む（ステップ２４８５）。電池電圧が細流閾値以上であれば、充電器３０は、電池温度が細流範囲内にあるかどうかを確認する（ステップ２４９０）。この温度が細流範囲内にあれば、動作は細流（段階）モジュール２２２０に進み（ステップ２４９５）、温度が細流範囲内になければ、急速充電モジュール２２１５に進む（ステップ２５０５）。充電動作は、図３１〜３８に例示するその他のモジュールで示すように続行可能である。
図２８〜３８に例示する充電動作時に、電池充電器３０は、パルス充電方法を使用して電池２０に電力を供給する。１つの構成では、電池充電器３０は、毎回同じパルス幅を有するが、パルス間の時間が異なるパルスを電池２０に供給する。これを「完全充電電流」または「完全充電パルス（ｆｕｌｌｃｈａｒｇｅ ｐｕｌｓｅ）」と呼ぶ。図１６および３９に示す構成などの他の構成では、電池充電器３０によって印加された完全充電電流または完全充電パルスは、電池２０中の個々のセル電圧にしたがってスケーリング可能である。このような実施を図４，１６、および３９に関して説明する。
図４に示すように、電池充電器３０中の制御器１００は、電池２０の中のマイクロコントローラ６４から情報を受け取り、かつそこに情報を伝達することができる。いくつかの構成では、マイクロコントローラ６４は、充電時に、それぞれの電池セル６０の電圧または現在の充電状態を含む様々な電池特性を、自動的にまたは電池充電器３０からの命令に応答して監視することができる。マイクロコントローラ６４は、充電電流の期間Ｔオン（すなわち、「電流オン」の期間（“ｃｕｒｒｅｎｔｏｎ” ｔｉｍｅ ｐｅｒｉｏｄｓ））の間にいくつかの電池特性、およびプロセスまたは平均計測値を監視することができる。いくつかの構成では、電流オン期間が約１秒（「１−ｓ」）であり得る。充電電流がない期間Ｔオフ（すなわち、「電流オフ」の期間（“ｃｕｒｒｅｎｔｏｆｆ” ｔｉｍｅ ｐｅｒｉｏｄｓ））の間に、いくつかの電池特性（例えば、セル電圧またはセルの充電状態）に関する情報を電池２０から充電器３０に伝達することができる。いくつかの構成では、電流オフ期間Ｔオフが約５０ミリ秒である。電池充電器３０は、電池２０から送られた情報を処理し、それにしたがって電流オン期間Ｔオンを変更することができる。例えば、１個または複数の電池セル６０が残りの電池セル６０よりも高い現在の充電状態を有すれば、電池充電器３０は、これらの１個または複数のより高い電池セルの過充電を回避するために、以降の電流オン期間Ｔオンを短くすることができる。
いくつかの構成では、電池充電器３０は、それぞれの個別セル電圧を平均セル電圧に比較することが可能であり、個別セル電圧と平均セル電圧の間の差が、既定閾値（例えば、不均衡閾値（ｉｍｂａｌａｎｃｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄ））以上であれば、充電器３０は、そのセルがより高い充電状態のセルであると識別することができる。電池充電器３０は、電流オン期間Ｔオンを変更することができる。他の構成では、電池充電器３０は、電流オン期間の間に、電池２０から受け取った情報に基づいて、特定の電池セル（より高い電圧セルであると識別された電池セル）に関する充電状態を評価することができる。これらの構成では、セルに関する現在の充電状態の評価が閾値を超えると、電池充電器３０は電流オン期間Ｔオンの継続時間を変更することができる。
例えば、図１６および３９に示すように、電池充電器３０は、次の電流オン時間Ｔオン１の間に計測したセル電圧計測値を平均するように電池２０に命令することができる。このような命令は第１電流オフ期間Ｔオフ１の間に送ることができる。したがって、第１電流オン時間Ｔオン１の間に、マイクロコントローラ６４は、セル電圧および他の電池パラメータを計測しかつ平均する。次の電流オフ時間Ｔオフ２の間に、電池２０は、平均した計測値を電池充電器３０に送ることができる。いくつかの構成では、電池２０は、８つの平均計測値、例えば、パック充電状態の平均計測値および７個の電池セル６０のそれぞれに関する個別セルの平均充電状態などを送ることができる。例えば、電池２０は次の情報を送ることができる。すなわち、セル１１４％、セル２ １４％、セル３ １５％、セル４ １４％、セル５ １６％、セル６１４％、セル７ １４％、およびパック（例えば、セル１〜７）電圧２９．９６Ｖ。このような例では、電池充電器３０は、セル５をより高い電池セルであると識別する。充電器３０は、電池のマイクロコントローラ６４と電池充電器３０の両方によって計測された電池電圧も記録する。このような例では、電池充電器３０は、電池電圧を約３０．０７Ｖと計測する。電池充電器３０は、電池電圧計測値の差（例えば、１１０ｍＶ）を算出し、かつ端子とリード線の両端の電圧降下を約１１０ｍＶと確認する。
後続の電流オン期間Ｔオン２の間に、電池充電器３０はセル５の電圧を「評価」する。例えば、電池充電器３０は、電池２０の電圧の計測値を標本抽出し、かつ次式にしたがって、それぞれの電池電圧測定値に対してセル５に関する充電状態を評価する。
（Ｖ電池／充電−Ｖ端子）＊Ｖセル
上式で、Ｖ電池／充電は充電器３０による計測値としての電池２０の電圧であり、Ｖ端子は端子両端の電圧降下（例えば、１１０ｍＶ）であり、さらにＶセルは電池電圧のパーセントで評価されているセルの電圧である。セル５の電圧の評価値が閾値（「低減閾値（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）」）を超えれば、電池充電器３０は、後続の電流オン期間Ｔオン３を変更することができる。この例では、電池充電器３０は、セル５の電圧の評価値（または算定値）が低減閾値（約８００ミリ秒である）に達する時点を記憶している。図３９に示すように、充電器３０は、セル５を高い電池セルとして識別しかつ算定し、さらに後続の電流オン期間Ｔオン３を、充電器３０が記憶している継続時間（例えば、８００ミリ秒）とほぼ等しいように変更する。したがって、電流オン期間Ｔオン３の長さＴ２は、先行する電流オン期間Ｔオン１およびＴオン２の長さＴ１よりも短い。
いくつかの構成では、充電器３０は後続の電流オン期間（例えば、Ｔオン４〜５）を、ほぼ先行する電流オン期間Ｔオン３の長さＴ２（例えば、８００ミリ秒）に引き続き設定する。依然としてセル５（または別のセル）が高いセルであると識別されれば、充電器３０は、後続の電流オン期間（例えば、Ｔオン６）の長さを、長さＴ２（例えば、約８００ミリ秒）から、例えば、セル５の電圧が引き続き低減閾値（例えば、６００ミリ秒）に達する場合は、Ｔ３（例えば、約６００ミリ秒）に変更可能である。
他の構成では、充電器３０は、電池セルが十分な電流を受け取っていないことを確認すれば、充電器３０は、後続の電流オン期間（例えば、Ｔオン５）をほぼＴ１の長さに戻すこともできる（したがって、オン時間の低減の後にオン時間を増加する）。例えば、電池充電器３０は、セル５の電圧が、高いかまたは不均衡なセルであることに関係なく、オン期間の終わりに低減閾値を極端に下回っていると充電器が確認すれば、電流オン期間を増加することができる。これらの構成では、電池充電器３０は、セルが過充電気味に受け取る充電量を最適化するように電池セル電圧を考慮して、引き続き電流パルスの長さ（例えば、オン期間）を変更することができる。いくつかの構成では、電池充電器３０は、この電流オン時間を増やして初期電流オン期間、例えば、期間Ｔオン１よりも長くすることはできない。
電池２０’の別の回路図を図１３に模式的に例示する。電池２０’は電池２０と同様であり、共通の要素は、「’」付きの同じ参照符号によって識別されている。
いくつかの構成では、回路６２’は、電気的素子、例えば、識別抵抗器９５０を含み、この識別抵抗器９５０は集合抵抗を有することができる。他の構成では、電気的素子が、コンデンサ、コイル、トランジスタ、半導体素子、電気回路、または別の素子（抵抗を有するかまたは電気信号が送信可能な、例えば、マイクロプロセッサ、デジタル論理素子等々のような）であり得る。例示の構成では、識別抵抗器９５０の抵抗値は、公称電圧および電池セル６０’の化学的性質などの、電池２０’の特性に基づいて選択可能である。検出端子５５’は識別抵抗器９５０に電気的に接続可能である。
図１３に模式的に示す電池２０’は、電池充電器９６０（同じく模式的に示す）などの電気装置に電気的に接続可能である。電池充電器９６０は、正の端子９６４、負の端子９６８、および検出端子９７２を含むことができる。電池充電器９６０のそれぞれの端子９６４、９６８、９７２は、電池２０’の対応する端子４５’、５０’、５５’に（それぞれ）電気的に接続可能である。電池充電器９６０は、電気素子、例えば、第１抵抗器９７６、第２抵抗器９８０、ソリッドステート電子デバイスまたは半導体９８４、比較器９８８、およびプロセッサ、マイクロコントローラ、または制御器（図示せず）を有する回路も含むことができる。いくつかの構成では、半導体９８４は、飽和または「オン」状態（“ＯＮ”ｓｔａｔｅ）で動作可能でありかつ遮断周波数（ｃｕｔ−ｏｆｆ）または「オフ」状態（“ＯＦＦ”ｓｔａｔｅ）で動作可能であるトランジスタを含むことができる。いくつかの構成では、比較器９８８は、専用の電圧監視装置、マイクロプロセッサ、または処理ユニットであり得る。他の構成では、比較器９８８は制御器（図示せず）の中に含まれ得る。
いくつかの構成では、制御器（図示せず）は、電池２０’中の電気的素子（識別抵抗器９５０のような）の抵抗値を識別するようにプログラム可能である。制御器も、電池２０’の１つまたは複数の特性、例えば、電池２０’の電池化学的性質および公称電圧などを確認するようにプログラム可能である。前述のように、識別抵抗器９５０の抵抗値は、１つまたは複数の一定の電池特性に関連する専用値に対応可能である。例えば、識別抵抗器９５０の抵抗値は、電池２０’の化学的性質および公称電圧に対応する抵抗値の範囲内に含まれ得る。
いくつかの構成では、制御器は、識別抵抗器９５０の複数の抵抗値範囲を認識するようにプログラム可能である。これらの構成では、それぞれの範囲が１つの電池化学的性質、例えば、ニッケルカドミウム、ニッケル水素、リチウムイオン等々に対応する。いくつかの構成では、制御器は追加的な抵抗値範囲を認識することが可能であり、それぞれが別の電池化学的性質または別の電池特性に対応する。
いくつかの構成では、制御器は、複数の電圧範囲を認識するようにプログラム可能である。これらの電圧範囲の中に含まれる電圧は、制御器が測定電圧に基づいて抵抗器９５０の値を確認できるように、識別抵抗器９５０の抵抗値に依存または対応可能である。
いくつかの構成では、識別抵抗器９５０の抵抗値は、電池２０’のそれぞれの可能な公称電圧に対して固有であるようにさらに選択可能である。例えば、抵抗値の１つの範囲では、第１の専用抵抗値が２１Ｖの公称電圧に対応可能であり、第２の専用抵抗値が１６．８Ｖの公称電圧に対応可能であり、さらに第３の専用抵抗値が１２．６Ｖの公称電圧に対応可能である。いくつかの構成では、より多くのまたはより少ない専用抵抗値が存在可能であり、それぞれがその抵抗値範囲に関連する、電池２０’の別の可能な公称電圧に対応する。
典型的な１つの実施では、電池２０’は電池充電器９６０に電気的に接続する。第１の電池特性を識別するために、半導体９８４が追加的回路（図示せず）の制御下で「オン」状態に切り換わる。半導体９８４が「オン」状態にあるとき、識別抵抗器９５０および抵抗器９７６、９８０が分圧器回路網（ｖｏｌｔａｇｅｄｉｖｉｄｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ）を作る。この回路網は第１基準点９９２で電圧ＶＡを確立する。抵抗器９８０の抵抗値が抵抗器９７６の抵抗値よりもかなり低ければ、電圧ＶＡは識別抵抗器９５０および抵抗器９８０の抵抗値に依存する。このような実施では、電圧ＶＡは、識別抵抗器９５０の抵抗値によって確認される範囲内にある。制御器（図示せず）は、第１基準点９９２で電圧ＶＡを計測し、このＶＡに基づいて識別抵抗器９５０の抵抗値を確認する。いくつかの構成では、制御器は電圧ＶＡを複数の電圧範囲と比較して電池特性を確認する。
いくつかの構成では、識別すべき第１電池特性が電池化学的性質を含む。例えば、１５０キロオームを下回る抵抗値はいずれも、電池２０’がニッケルカドミウムまたはニッケル水素の化学的性質を有することを示し、約１５０キロオーム以上の抵抗値はいずれも、電池２０’がリチウムまたはリチウムイオンの化学的性質を有することを示し得る。一旦、制御器が電池２０’の化学的性質を確認しかつ識別すると、適切な充電アルゴリズムまたは方法を選択することができる。他の構成では、以上の例におけるよりも、それぞれが別の電池化学的性質に対応するさらに多くの抵抗値範囲が存在する。
この典型的な実施に引き続き言及すると、第２電池特性を識別するために、半導体９８４は追加的回路の制御下で「オフ」状態に切り換わる。半導体９８４が「オフ」状態に切り換わるとき、識別抵抗器９５０および抵抗器９７６は分圧器回路網を作る。第１基準点９９２での電圧ＶＡは、今度は識別抵抗器９５０と抵抗器９７６の抵抗値によって確認される。識別抵抗器９５０の抵抗値は、第２基準点１０１２での電圧Ｖ電池が電池２０’の公称電圧に実質的に等しいとき、第１基準点９９２での電圧ＶＡが第３基準点９９６での電圧Ｖ基準に実質的に等しいように選択される。第１基準点９９２での電圧ＶＡが、第３基準点９９６での固定電圧Ｖ基準を超えれば、比較器９８８の出力Ｖ出力が状態（ｓｔａｔｅ）を変更する。いくつかの構成では、充電を終了するか、または維持ルーチン、均等化ルーチン（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｒｏｕｔｉｎｅ）、放電機能、追加的な充電方式等々の追加的な機能を開始するための表示器としての役割を果たすように出力Ｖ出力を使用することができる。いくつかの構成では、電圧Ｖ基準は固定基準電圧であり得る。
いくつかの構成では、識別すべき第２電池特性が電池２０’の公称電圧を含むことができる。例えば、識別抵抗器９５０に関する抵抗値を計算するための一般的な計算式は次式であり得る。
Figure 2012010591
上式で、Ｒ１００は識別抵抗器９５０の抵抗値であり、Ｒ１３５は抵抗器９７６の抵抗値であり、Ｖ電池は電池２０’の公称電圧であり、さらにＶ基準は、例えば、約２．５Ｖなどの固定電圧である。例えば、リチウムイオンの化学的性質に関する抵抗値の範囲内では（上述）、識別抵抗器９５０に関する約１５０キロオームの抵抗値は、約２１Ｖの公称電圧に対応し、約１９４キロオームの抵抗値は、約１６．８Ｖの公称電圧に対応し、さらに約２７４．７キロオームの抵抗値は、約１２．６Ｖの公称電圧に対応し得る。他の構成では、より多くのまたはより少ない専用抵抗値が、追加的なまたは異なるバッテリパックの公称電圧値に対応可能である。
例示の構成では、識別抵抗器９５０と第３基準点９９６の両方が電流検出抵抗器１０００の「高い」側に位置することができる。このような様態で識別抵抗器９５０および第３基準点９９６を位置決めすると、充電電流が存在するとき、ＶＡとＶ基準の間の相対的な電圧変動をいずれも低減することができる。識別抵抗器９５０および第３基準点９９６が接地１００４を基準にし、かつ充電電流が電池２０’に印加されていれば、電圧変動は電圧ＶＡに現れ得る。
いくつかの構成では、電池充電器９６０は、充電器制御機能も含むことができる。先に論じたように、電圧ＶＡが実質的に電圧Ｖ基準に等しいとき（電圧Ｖ電池は電池２０’の公称電圧に等しいことを示す）、比較器９８８の出力Ｖ出力は状態を変更する。いくつかの構成では、比較器９８８の出力Ｖ出力が状態を変更するとき、充電電流はもはや電池２０’に供給されない。一旦、充電電流が中断されると、電池電圧Ｖ電池は減少し始める。電圧Ｖ電池が低閾値に達するとき、比較器９８８の出力Ｖ出力は再び状態を変更する。いくつかの構成では、電圧Ｖ電池の低閾値はヒステリシス抵抗器１００８の抵抗値によって決定される。一旦、比較器９８８の出力Ｖ出力が再び状態を変更すると、充電電流が再び確立される。いくつかの構成では、このようなサイクルは、制御器によって決定された既定量の時間の間に反復されるか、または比較器９８８によって実行された一定量の状態変化（ｓｔａｔｅｃｈａｎｇｅｓ）の間に反復される。いくつかの構成では、このようなサイクルは、電池２０’が電池充電器９６０から脱着されるまで反復される。
いくつかの構成およびいくつかの態様では、図１７に示す電池２０のような電池は、電池セル６０が電池充電器３０と接続を確立するだけの電圧を十分に有し得ないほど放電状態になり得る。図１７に示すように、電池２０は、１個または複数の電池セル６０、正の端子１１０５、負の端子１１１０、および１個または複数の検出端子１１２０ａ、１１２０ｂを含むことができる（図１７に示すように、第２検出端子または駆動端子１２０ｂは、電池２０の中に含まれていてもまたは含まれていなくてもよい）。電池２０は、マイクロコントローラ１１４０を含む回路１１３０も具備し得る。
図１７に示すように、回路１１３０は、この回路１１３０（例えば、マイクロプロセッサ１１４０）が所定の閾値を上回るかまたは下回る条件（すなわち、「異常電池条件」）を確認または検出するとき、放電電流を遮断する半導体スイッチ１１８０を含むことができる。いくつかの構成では、スイッチ１１８０は、電池２０に流出入する電流が遮断される遮断状態（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）と、電池２０に流出入する電流が許容される許容状態（ａｌｌｏｗａｎｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を含む。いくつかの構成では、異常電池条件には、例えば、高いまたは低い電池セル温度、高いまたは低い電池充電状態、高いまたは低い電池セル充電状態、大きいまたは小さい放電電流、大きいまたは小さい充電電流等々が含まれ得る。例示の構成では、スイッチ１１８０は、電力ＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）または酸化金属半導体ＦＥＴ（「ＭＯＳＦＥＴ」）を含む。他の構成では、回路１１３０は２個のスイッチ１１８０を含み得る。これらの構成では、スイッチ１１８０は並列配置されている。並列スイッチ１１８０は、大きな平均放電電流を供給するバッテリパック（例えば、丸鋸、ドライバドリル等々に電力を供給する電池２０）の中に含まれ得る。
いくつかの構成では、一旦、スイッチ１１８０が非導通になると、スイッチ１１８０は、たとえ異常条件がもはや検出されなくても再設定することはできない。いくつかの構成では、回路１１３０（例えば、マイクロプロセッサ１１４０）は、電気装置、例えば、電池充電器３０が、マイクロプロセッサ１１４０に再設定するように命令する場合のみに、スイッチ１１８０を再設定することができる。前述のように、電池２０は、マイクロプロセッサ１１４０に電力を供給して電池充電器３０と通信するための電圧を電池セル６０が十分に有し得ないほどに放電され得る。
いくつかの構成では、電池２０が充電器３０と接続が確立できなければ、電池充電器３０は、スイッチ１１８０のボディダイオード（ｂｏｄｙｄｉｏｄｅ）１２１０を介して小さい充電電流を供給して電池セル６０を徐々に充電することができる。一旦、セル６０がマイクロプロセッサ１１４０に電力を供給するのに十分な充電を受けると、マイクロプロセッサ１１４０はスイッチ１１８０の状態を変更することができる。すなわち、スイッチ１１８０が非導通状態にあるときでも、電池２０を充電することができる。図１７に示すように、スイッチ１１８０は、いくつかの構成では、ＭＯＳＦＥＴおよび他のトランジスタと一体であるボディダイオード１２１０を含むことができる。他の構成では、ダイオード１２１０をスイッチ１１８０と並列に電気接続することができる。
いくつかの構成では、電池２０が充電器３０と接続が確立できなければ、電池充電器３０は、検出リード線、例えば、検出リード線１２０ａまたは専用駆動端子１２０ｂを介して、小さい平均電流を供給することができる。この電流はコンデンサ１１５０を充電することが可能であり、そして次に、このコンデンサは、マイクロプロセッサ１１４０に動作可能にするのに十分な電圧を供給することができる。
以上に説明しかつ図に例示した構成は、例示としてのみ提示されており、本発明の着想および原理に対する限定を意図するものではない。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、要素ならびにそれらの構成および配置の変更が可能であることが当業者には理解されよう。
２０ 電池
３０ 電池充電器
４５ 正の電池端子
５０ 負の電池端子
５５ 検出電池端子
６０ 電池セル
６２ 識別回路
６４ 制御器
６６ サーミスタ
８０ 正の端子
８５ 負の端子
９０ 検出端子
９５ 充電回路
１００ 制御器
１１０ 指示器
１１５ 第１の発光ダイオード
１２０ 第２の発光ダイオード
１３０ 電源

Claims (8)

  1. 複数のリチウムベースの電池セルを有する電動工具用電池を充電するように動作可能な電池充電器であって、
    前記電動工具用電池の充電作業の少なくとも一部分に関して、パルス化された充電電流を供給するように動作可能な充電回路と、
    前記電動工具用電池に供給される前記パルス化された充電電流を、前記複数の電池セルの少なくとも１つの個々の充電状態と少なくとも１つの充電状態の閾値との比較に少なくとも部分的に基づいて制御するように動作可能な制御器とを備え、
    前記パルス化された充電電流の制御は、不良電動工具用電池モード又は正常充電モードの１つに入ることを含み、前記不良電動工具用電池モードにおいては、前記充電電流が中断されるとともに、指示器が、それに応じて、不良電動工具用電池モードを指示するように制御され、前記正常充電モードにおいては、前記パルス化された充電電流が第１の電動工具用電池に供給されるとともに、前記指示器が、それに応じて、正常充電モードを指示するように制御され、
    前記不良電動工具用電池モード、及び正常充電モードへは、前記第１の複数の電池セルの少なくとも１つの個々の充電状態と少なくとも１つの充電状態の閾値との比較に基づいてそれぞれ入る、
    ことを特徴とする電池充電器。
  2. 請求項１記載の電池充電器において、前記充電回路は、さらに、ニッケルカドミウムの化学的性質又はニッケル水素の化学的性質を有する第２の電池に第２の充電電流を供給するように動作可能であることを特徴とする電池充電器。
  3. 請求項２記載の電池充電器において、前記制御器は、第１の充電アルゴリズムにより前記パルス化された充電電流を前記電動工具用電池に、第２の充電アルゴリズムにより前記第２の充電電流を前記第２の電池に、供給すべく、前記充電回路を制御するように動作可能であり、前記第１の充電アルゴリズムは、前記第２の充電アルゴリズムと異なるものであることを特徴とする電池充電器。
  4. 請求項１記載の電池充電器において、前記電動工具用電池は、手持ち型の電動工具に電力を供給するよう構成されていることを特徴とする電池充電器。
  5. 請求項１記載の電池充電器において、前記パルス化された充電電流の制御は、細流充電モードの１つに入ることを含み、前記細流充電モードにおいては、前記パルス化された充電電流が電動工具用電池に供給されるとともに、前記指示器が、それに応じて、細流充電モードを指示するように制御されることを特徴とする電池充電器。
  6. 請求項５記載の電池充電器において、前記細流充電モードへは、前記複数の電池セルの少なくとも１つの個々の充電状態と少なくとも１つの充電状態の閾値との比較に基づいて入ることを特徴とする電池充電器。
  7. 請求項１記載の電池充電器において、前記電池充電器は、前記電動工具用電池から、前記複数の電池セルの少なくとも１つの個々の充電状態を受け取るように構成されていることを特徴とする電池充電器。
  8. 請求項１記載の電池充電器において、前記制御器は、さらに、前記パルス化された充電電流を、第１の期間及び第２の期間の少なくとも一方を修正することにより制御するように動作可能であり、前記第１の期間においては、充電電流が所定の振幅で電動工具用電池に供給されており、前記第２の期間においては、前記パルス化された充電電流が停止されることを特徴とする電池充電器。
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