JP2012055044A - 充電システム、電池パック、および充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続された電池パック、あるいは充電装置が正規品であるか否かを高精度に判別し、非対応品の電池パック、または非対応品の充電装置による充電を防止する。
【解決手段】電池パック３が充電装置２に接続されると、マイコン１７は、充電装置２と通信可能か否かを判別する。通信可能の場合、マイコン１７は、マイコン１５に対してパターン電流を出力するように指示する。指示を受けたマイコン１５は、メモリ１５ｂから読み出した電流パターン生成情報に基づいて、電圧・電流設定回路１４を制御し、充電装置を識別する電流パターンを生成する。生成された電流パターンは、電流検出部１９によって検出される。マイコン１７は読み取った電流パターンとメモリ１７ａに記憶されている電流パターンとを比較し、一致すると充電装置が正規品と判断して充電を開始し、不一致の際には、非正規品と判断して遮断部２０に制御信号を出力して充電経路を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を充電する充電システムに関し、特に、リチウムイオン電池などが用いられた電池パックを充電する充電制御に有効な技術に関する。

近年、コードレスタイプの電動工具においては、該電動工具の駆動用電源として、リチウムイオン二次電池から構成された電池パックが広く用いられている。

リチウムイオン二次電池を用いた電池パックは、小型、軽量であり、エネルギ密度が高く、高出力であるが、その反面、過充電保護対策を十分に行う必要がある。

そのため、使用する電池パックに対応する正規品の充電装置を用いて該電池パックを最適に充電することが、電池の安全性を確保し、電池寿命の低下を防ぐために必要である。非対応品の充電装置による電池パックの充電を防止する技術としては、たとえば、充放電側から常時あるいは間欠的に発信されている信号を電池パックが検知した後に、電池パックの充放電を開始するものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−４１８２８号公報

ところが、上記のような電池パックへの充電制御技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。

上記した特許文献１による充電制御技術では、充放電回路側から常時、一定周期のパルス信号が出力されており、電池パック側は、該パルス信号を検知することにより正しい充放電回路か否かを検出している。

このように、電池パックとの適合性の判断を行う信号として、一定周期のパルス信号を用いた場合には、該パルス信号の信号パターンが容易に解析されてしまう恐れがある。パル信号が解析されると、正しい充電装置と見せかけた充電装置が出回ってしまう恐れがあり、安全性の確保されていない充電装置を使用した場合には、電池の安全性の確保や電池寿命の低下などを防ぐことができないという問題が生じてしまうことになる。

本発明の目的は、接続された電池パック、あるいは充電装置が正規品であるか否かを高精度に判別し、非対応品の電池パック、または充電装置による充電を防止することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、上記目的を達成するため、本発明は、充電装置が、非周期性の電圧・電流信号を生成して出力する信号出力回路を有し、電池パックが、信号出力回路から出力された電圧・電流信号の電圧・電流パターンを検出し、検出結果に基づいて、二次電池セルの充電を行うか否かを判断する充電制御部とを有する充電システムに適用される。

また、本発明は、信号出力回路が、電圧・電流信号を生成する設定信号を出力する設定部と、該設定部から出力された設定信号に基づいて、電圧・電流信号を生成する電圧・電流信号生成部とを有し、充電制御部が、信号出力回路から出力された電圧・電流信号を受信し、電圧・電流信号の電圧・電流を電圧・電流パターンとして検出する信号検出回路と、該信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較する比較用電流パターンが格納されたメモリ部と、該メモリ部に格納された比較用電流パターンと信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較し、比較用電流パターンと電圧・電流パターンとの形状が一致すると、充電装置に充電を許可する充電許可信号を出力するパターン認識充電制御部とを有した構成からなる。

また、上記目的を達成するため、本発明は、電池パックが、充電器を識別する周期性のない電圧・電流信号を生成して出力する信号出力回路を有し、充電装置が、信号出力回路から出力された電圧・電流信号の電圧・電流パターンを検出し、検出した電圧・電流パターンが正しい電圧・電流パターンであるかを識別し、二次電池セルの充電を行うか否かを判断する充電制御部とを有した充電システムに適用される。

また、本発明は、信号出力回路が、電圧・電流信号を生成する設定信号を出力する設定部と、該設定部から出力された設定信号に基づいて、電圧・電流信号を生成する電圧・電流信号生成部とを有し、充電制御部は、信号出力回路から出力された電圧・電流信号を受信し、電圧・電流信号の電流を電圧・電流パターンとして検出する信号検出回路と、該信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較する比較用電流パターンが格納されたメモリ部と、該メモリ部に格納された比較用電流パターンと信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較し、比較用電流パターンと電圧・電流パターンとの形状が一致すると、充電装置に充電を許可する充電許可信号を出力するパターン認識充電制御部とを有したことを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

（１）非周期性の電圧・電流パターンを用いて、正規品の充電装置、または正規品の電池パックか否かを判定するので、高精度に正規品の判定を行うことができる。

（２）また、正規品を識別する電圧・電流パターンが非周期で複雑なパターンとなっているので、該電流パターンの信号解析などが困難となり、正規品でない充電装置、あるいは電池パックが広まることを防止することができる。

（３）上記（１）、（２）により、二次電池の過充電などを防止することができ、安全性の高い充電システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１による充電システムにおける構成の一例を示すブロック図である。 図１の充電システムにおける動作の一例を示すフローチャートである。 図１の充電システムに設けられた充電装置が生成する電流パターンの一例を示した説明図である。 図１の充電システムに設けられた充電装置が生成する電流パターンの他の例を示した説明図である。 本発明者が検討した一般的な充電装置から出力される充電時の電流パターンの一例を示した説明図である。 本発明の実施の形態２による充電システムにおける構成の一例を示すブロック図である。 図６の充電システムに設けられた充電装置による電池パックの正規判定動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による充電システムにおける構成の一例を示すブロック図、図２は、図１の充電システムにおける動作の一例を示すフローチャート、図３は、図１の充電システムに設けられた充電装置が生成する電流パターンの一例を示した説明図、図４は、図１の充電システムに設けられた充電装置が生成する電流パターンの他の例を示した説明図、図５は、本発明者が検討した一般的な充電装置から出力される充電時の電流パターンの一例を示した説明図である。

〈発明の概要〉
本発明の第１の概要は、単数または複数の二次電池セルから構成された電池パック（電池パック３）と、前記電池パックを充電する充電装置（充電装置２）とからなる充電システム（充電システム１）であって、前記充電装置は、非周期性（周期性のない）の電圧・電流信号を生成して出力する信号出力回路（第一整流平滑回路４、高周波トランス５、スイッチング回路６、スイッチング制御回路７、第二整流平滑回路８、電圧・電流制御回路１３、電圧・電流設定回路１４、マイコン１５）を有し、前記電池パックは、前記信号出力回路から出力された電圧・電流信号の電圧・電流パターンを検出し、その検出結果に基づいて、前記二次電池セルの充電を行うか否かを判断する充電制御部（マイコン１７、電流検出部１９）とを有した構成からなるものである。

以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。

本実施の形態１において、充電システム１は、図１に示すように、充電装置２、および電池パック３から構成されている。充電装置２は、接続された電池パック３の充電動作を制御する。電池パック３は、コードレスなどの電動工具の駆動用電源として該電動工具に装着される。

〈充電装置２の構成について〉
充電装置２は、第一整流平滑回路４、高周波トランス５、スイッチング回路６、スイッチング制御回路７、第二整流平滑回路８、表示回路９、補助電源回路１０、電池電圧検出回路１１、充電電流検出回路１２、電圧・電流制御回路１３、電圧・電流設定回路１４、およびマイコン１５から構成されている。

以下、充電装置２について説明する。

充電装置２は、商用交流電源等の交流電源ＡＣより充電電力が供給される。たとえば、交流電源ＡＣとしてＡＣ１００Ｖの商用電源が供給される。第一整流平滑回路４は、図示されていないが、たとえば、ブリッジ接続された整流ダイオードを含む全波整流回路と平滑用コンデンサとからなり、交流電源ＡＣを全波整流する。

高周波トランス５、およびスイッチング回路６は、第一整流平滑回路４によって全波整流された直流電源（ＤＣ電源）を、図示されない半導体スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)）を用いて高周波パルス信号でオン、オフさせるためのスイッチング電源回路を構成する。

高周波トランス５は、第一整流平滑回路４のＤＣ出力電源に接続された１次巻線と、後述する第二整流平滑回路８が接続される２次巻線を有する。

スイッチング回路６は、高周波トランス５の１次巻線に直列接続されたＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）と、該ＭＯＳＦＥＴ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(Pulse Width Modulation)制御ＩＣ（スイッチング制御ＩＣ）とを備える。

高周波トランス５、およびスイッチング回路６によって構成されたスイッチング電源回路は、該スイッチング回路６の半導体スイッチング素子を駆動する駆動パルス信号のデューディ比（パルス幅）を制御することによって、後述する第二整流平滑回路８の出力直流電圧を調整する。

スイッチング制御回路７は、充電電流、および充電電圧の信号をスイッチング回路６のＰＷＭ制御ＩＣに帰還するホトカプラ等の充電信号伝達手段から構成された制御回路である。

第二整流平滑回路８は、高周波トランス５の２次巻線に接続された、図示されていない整流用ダイオード、平滑用コンデンサ、放電用抵抗等から構成された直流電圧出力回路であり、充電装置２に設けられた接続端子Ｔ１、および電池パック３に設けられた接続端子Ｔ１０を介して電池パック３の充電電流、および充電電圧を供給する電源回路を構成する。

本実施の形態１の電池パック３では、接続端子Ｔ１に接続されている経路が、該電池パック３の充電経路、および放電経路（電動工具などに駆動電源を供給する経路）となる。

電池電圧検出回路１１は、電池パック３に印加される電池電圧を検出するための分圧抵抗等のポテンショメータからなる電圧検出回路である。この電池電圧検出回路１１は、電池パック３に供給される充電電圧の全電圧を検出するもので、電池電圧検出回路１１によって全電圧を分圧した分圧電圧が、後述するマイコン１５のＡ／Ｄポートに入力さる。

充電電流検出回路１２は、第二整流平滑回路８の負側端子と充電装置２に設けられた接続端子Ｔ２との間に接続されている。この充電電流検出回路１２は、充電電流を検出するための回路で、充電線路に挿入された電流検出抵抗、および電流値を電圧値に変換するための、例えば、ＯＰアンプ回路等から構成される。充電電流検出回路１２で検出された充電電流の電圧換算値は、マイコン１５のＡ／Ｄポートに入力される。

電圧・電流制御回路１３は、電池電圧検出回路１１、および充電電流検出回路１２が検出した充電電圧、および充電電流の情報を、電圧・電流設定回路１４で設定された設定情報と比較するための比較回路によって構成される。

電圧・電流制御回路１３が比較した検出された充電電圧、および充電電流の情報と電圧・電流設定回路１４で設定された設定情報との結果は、制御信号としてスイッチング制御回路７に伝達されて、スイッチング回路６を構成する半導体スイッチング素子の駆動パルス信号のパルス幅を制御し、そのパルス幅の調整により第二整流平滑回路８から所定の充電電流、または充電電圧を供給するように制御する。

マイコン１５は、図示されていないが、充電制御プログラムを実行するためのＣＰＵ(Central Processing Unit)、該ＣＰＵの制御プログラム、および電池パック３の電池種に関するデータ等を格納するＲＯＭ(Read Only Memory)からなるメモリ１５ｂ、ＣＰＵの作業領域やデータの一時記憶領域等として利用されるＲＡＭ(Random Access Memory)、タイマ等を具備する。

また、メモリ１５ｂには、電池パック３に適応する充電装置を識別する電流パターンを生成するための電流パターン生成情報も記憶されている。マイコン１５は、メモリ１５ｂから電流パターン生成情報を読み出し、該電流パターン生成情報に基づいて、電圧・電流設定回路１４に対して電流値の設定信号を出力し、第二整流平滑回路８から充電装置を識別するパターン電流を生成して出力する。

マイコン１５には、シリアル通信インタフェース１５ａが設けられており、後述する電池パック３のマイコン１７には、シリアル通信インタフェース１７ｂが設けられている。マイコン１５のシリアル通信インタフェース１５ａ、およびマイコン１７のシリアル通信インタフェース１７ｂは、充電装置２に設けられた接続端子Ｔ３、および電池パック３に設けられた接続端子Ｔ３０を介して相互通信を行う。

マイコン１５は、接続端子Ｔ３、接続端子Ｔ３０を介して通信された電池パック３のマイコン１７からの充電制御情報(充電パラメータ)に基づいて、電圧・電流設定回路１４の充電電圧、および充電電流を適切な判別基準値に設定する。この設定信号は、マイコン１５に設けられた出力ポートから出力されて電圧・電流設定回路１４に対して適切な電圧基準値および電流基準値を設定する。

また、マイコン１５は、電池パック３から出力される過充電制御信号を受信し、該マイコン１５に設けられた出力ポートよりスイッチング制御回路７に停止信号を出力する。

さらに、マイコン１５は、充電の開始時には開始指示信号を出力ポートよりスイッチング制御回路７に出力する。特に、本実施形態によれば、マイコン１５は、後述するように、電池パック３内に収納された感温素子、電池温度検出回路によって構成された電池状態検出手段から検出された電池状態の状態値に基づいて、適切な定電圧の充電電圧値、定電流の充電電流値を決定し、充電の際に各設定値として充電設定信号を出力ポートより出力するように構成する。さらに、マイコン１５は、次に述べる表示回路９を駆動させるための駆動信号を出力する。

表示回路９は、充電装置２の充電動作状態を表示するためのＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の表示手段を含み、マイコン１５によって出力される制御信号によって駆動される。表示手段は、例えば、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤから構成され、マイコン１５の出力ポート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される。

補助電源回路１０は、商用交流電源ＡＣを数Ｖの低圧に変圧するための変圧トランス、変圧交流を整流するための整流ダイオード、ならびに整流された整流電圧を平滑するための平滑用コンデンサ等によって構成された直流電源回路によって構成され、スイッチング回路６のＰＷＭ制御ＩＣの駆動電源Ｖｃｃ、マイコン１５の駆動電源（Ｖｃｃ）等を供給する。

〈電池パック３の構成について〉
続いて、電池パック３の回路構成について説明する。

電池パック３は、二次電池１６、マイコン１７、セル電圧検出回路１８、電流検出部１９、遮断部２０、および過充電信号出力回路２１から構成されている。

二次電池１６は、たとえば、４個のリチウムイオン二次電池セル（素電池）が直列接続された電池組（組電池）から構成された、公称電圧１４．４Ｖの４Ｓ１Ｐタイプ（４直１並タイプ）が示されている。

二次電池１６としては、複数の電池セルによって構成する場合の他に、単一の電池セルで構成してもよい。また、直列接続した複数の電池セルによって構成した上記１並タイプの電池組、または少なくとも一対の電池セルを並列接続した電池組、または複数の電池セルを直列接続した電池セル列の少なくとも２組を互いに並列接続した２並タイプ（例えば、４Ｓ２Ｐタイプ）の電池組であってもよい。

セル電圧検出回路１８は、二次電池１６の各電池セルの電池電圧を検出する。このセル電圧検出回路１８は、二次電池１６を構成するそれぞれの電池セルの電圧を検出し、検出した電圧値を過充電側の基準電圧値と比較し、各電池セルの電圧値のうちいずれかの電池セルが基準値を超えたときに、マイコン１７へ過充電信号を出力する。

電流検出部１９は、二次電池１６に流れる電流を検出する。遮断部２０は、二次電池１６の正側電極部と電池パック３に設けられた接続端子Ｔ１０との間に直列接続されており、マイコン１７から出力される充電停止信号に基づいて、二次電池１６の充電経路を遮断する。遮断部２０は、たとえばＦＥＴ、あるいはヒューズにより構成されており、マイコン１７からの充電停止信号を受けるとオフする構成となっている。

また、二次電池１６の負側電極には、電池パック３に設けられた接続端子Ｔ２０が接続されており、この接続端子Ｔ２０は、前述した充電装置２の接続端子Ｔ２に接続される。

電流検出部１９は、例えば、電流検出用抵抗と電流検出用抵抗で発生する電圧を検出する電圧検出回路で構成されており、二次電池１６の電池セルに流れる電流に応じて検出された電圧が該電圧検出回路からマイコン１７へ出力される。

過充電信号出力回路２１は、マイコン１７あるいはセル電圧検出回路１８から出力される過充電信号を受信すると、電池パック３に設けられた接続端子Ｔ４０、および充電装置２に設けられた接続端子Ｔ４を介して充電装置２側のマイコン１５へ充電停止信号を出力する。

マイコン１７は、二次電池１６から電源供給を受けて駆動するものであり、所定のプログラムに基づいて動作する。このマイコン１７は、制御プログラムを実行するためのＣＰＵ、該ＣＰＵの制御プログラム、および二次電池１６の電池種に関するデータや電池種に適した充電電圧、充電電流、終止電流等の充電パラメータ等を格納するＲＯＭからなるメモリ１７ａ、前述したシリアル通信などによる相互通信を行うシリアル通信インタフェース１７ｂ、およびＣＰＵの作業領域やデータの一時記憶領域等として利用されるＲＡＭを備えている。

また、マイコン１７のメモリ１７ａには、電池パック３に適応する充電装置を識別するために電流パターン（後述する）が記憶されている。さらに、マイコン１７は、セル電圧検出回路１８から過充電信号を受信した場合、過充電信号出力回路２１に過充電検出信号を出力する。

さらに、マイコン１７は、図示はしないが、二次電池１６の温度を検出する感温素子を備え、該二次電池１６の温度状態に応じて充電パラメータを選択したり、高温状態での充電を防止するために過充電信号出力回路２１に信号を出力する。

〈充電システム１の動作について〉
次に、本実施の形態１による充電システム１の動作について、図１、および図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、充電装置２を商用交流電源ＡＣに接続すると、補助電源回路１０が起動する。補助電源回路１０は、直流電圧Ｖｃｃを出力し、充電装置２のマイコン１５、スイッチング回路（ＰＷＭ制御ＩＣを含む）６、スイッチング制御回路７、電圧・電流制御回路１３、および電圧・電流設定回路１４の各回路等へ駆動電圧を供給する。

そして、マイコン１５のリセットポートに直流電圧Ｖｃｃが供給されると、該マイコン１５内の各種フラグはリセットされ、マイコン１５の各出力ポートはイニシャルセットされる。

続いて、マイコン１５は表示回路９を制御し、この表示回路９の表示手段として用いられる赤色ＬＥＤ（図示なし）を赤色に点灯し、充電開始前であることを表示する。本実施形態では、マイコン１５の出力ポートからの表示信号によって赤色ＬＥＤを赤色点灯させる。

そして、電池パック３のマイコン１７は、図２において、充電装置２と通信可能か否かを判別する（ステップＳ１０１）。ここでは、たとえば、充電装置２のマイコン１５から電池パック３の装着を知らせる情報（接続認識信号）を、接続端子Ｔ３、接続端子Ｔ３０を介して受信したか否かにより通信可能の可否を判断する。

ステップＳ１０１の処理において、マイコン１５から装着を知らせる情報を受信した場合には、通信可能と判断し、ステップＳ１０２の処理に進む。一方、マイコン１５から装着を知らせる情報が受信されない場合には、正規品でない非対応の充電装置と判断し、ステップＳ１０６の処理に進む。

ステップＳ１０１の処理において、マイコン１５から装着を知らせる情報を受信すると、マイコン１７は、充電装置２のマイコン１５に対して、パターン電流を出力するように、接続端子Ｔ３、接続端子Ｔ３０を介して指示する（ステップＳ１０２）。

マイコン１７からの指示を受けたマイコン１５は、接続端子Ｔ１、接続端子Ｔ１０を介した充電経路から、充電装置を識別する電流パターンを出力するために、メモリ１５ｂから電流パターン生成情報を読み出し、電圧・電流設定回路１４に対して電流値の設定信号を出力する。これに基づいて、スイッチング制御回路７がスイッチング回路６から出力される駆動パルス信号のパルス幅を制御し、第二整流平滑回路８から充電装置を識別する電流パターンが接続端子Ｔ１，Ｔ１０を介して電池パック３に出力される。

そして、接続端子Ｔ１０を介して入力された充電装置を識別する電流パターンは、電流検出部１９によって検出され（ステップＳ１０３）、その検出結果をマイコン１７に出力する。マイコン１７は、電流検出部１９が検出したパターン電流を読み取る。

マイコン１７は読み取った電流パターンとメモリ１７ａに記憶されている電流パターンとを比較し、接続されている充電装置が正規品か否かを判断する（ステップＳ１０４）。この場合、マイコン１７は、読み取った電流パターンとメモリ１７ａに記憶されている電流パターンとが一致した場合には、正規充電装置に接続されていると判断する。

マイコン１７は、充電装置２が正規品であると判断すると、充電装置２のマイコン１５に対して充電電圧、充電電流などの充電パラメータを接続端子Ｔ３、接続端子Ｔ３０を介して送信し（ステップＳ１０５）、充電装置２による電池パック３への充電を開始する。

また、ステップＳ１０４の処理で電流パターンが一致しない場合、あるいはステップＳ１０１の処理でマイコン１５から装着を知らせる情報が受信されない場合、マイコン１７は、正規品でない非対応の充電装置が接続されたと判断し、遮断部２０に充電停止信号を出力して充電経路を遮断し（ステップＳ１０６）、充電電流の流入を防止する。または、マイコン１７から過充電信号出力回路２１へ過充電信号を出力し、充電装置２に対して充電禁止の信号を出力する。

図３、および図４は、図２のステップＳ１０２の処理において生成される充電装置を識別する電流パターンの一例を示した説明図である。これら図３、図４において、縦軸は、電流値を示しており、横軸は、時間を示している。

図示するように、充電装置２から出力される電流パターンは、周期性を持たない電流パターンとなっており、時間経過に伴って振幅も変化するものであり、時間経過に伴う振幅の変化に規則性のないものをいう。充電装置２におけるマイコン１５のメモリ１５ｂには、図３、または図４に示したような電流パターンを生成する電流パターン生成情報が記憶されている。

また、電池パック３におけるマイコン１７のメモリ１７ａにも、図３、または図４に示した電流パターンのデータが記憶されており、該マイコン１７は、充電装置２から出力される電流パターンとメモリ１７ａに記憶されている電流パターンとが一致するか否かを判定することにより、正規品の充電装置か否かを判断する。

図５は、本発明者が検討した正規品でない非対応の充電装置から出力される電流パターンの一例を示した説明図である。

非対応の充電装置の場合、図３、図４などに示した非周期性の電流パターンを出力する機能を有しておらず、電池パック３が接続されると、図５に示すように、充電装置から出力される電流振幅は一定となる。あるいは、充電電流が出力され始めてから所定の期間は電流制御の遅れに伴う突入電流が流れた後に電流振幅が一定の振幅に収束したり、あるいは充電初期の突入電流を防止するソフトスタート機能を持った充電装置であれば充電電流が徐々に増加した後に一定の電流振幅となる。

このように、非対応の充電装置では、電流パターンが図３や図４などに示した非周期性の電流パターンとは明らかに異なるパターン形状となる。

それにより、本実施の形態１によれば、充電装置を識別する非周期性の電流パターンを用いて、正規品の充電装置２か否かを判定するので、高精度に充電装置２の正規品／非正規品の判定を行うことができる。

また、充電装置を識別する電流パターンが非周期で複雑なパターンとなっているので、該電流パターンの信号解析を困難にすることができるので、電流パターンを信号解析した非対応の充電装置などが出回ることを防止することができ、安全性の高い充電システム１を提供することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２による充電システムにおける構成の一例を示した説明図、図７は、図６の充電システムに設けられた充電装置による電池パックの正規判定動作の一例を示すフローチャートである。

〈発明の概要〉
本発明の第２の概要は、単数または複数の二次電池セルから構成された電池パック（電池パック３）と、前記電池パックを充電する充電装置（充電装置２）とからなる充電システム（充電システム１）であって、前記電池パックは、前記充電装置を識別する周期性のない電圧・電流信号を生成して出力する信号出力回路（マイコン１７、スイッチ回路２２）を有し、前記充電装置は、前記信号出力回路から出力された電圧・電流信号の電圧・電流パターンを検出し、検出した前記電圧・電流パターンが正しい電圧・電流パターンであるかを識別し、その識別結果に基づいて、前記二次電池セルの充電を行うか否かを判断する充電制御部（電池電圧検出回路１１、マイコン１５）とを有した構成からなるものである。

以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。

前記実施の形態１では、充電装置２が正規品か否かを電池パック３側が判定する場合について説明したが、本実施の形態２の充電システム１においては、充電装置２が正規品からなり、該充電装置２側が、装着された電池パック３の正規品判別を行う場合について説明する。

本実施の形態２における充電システム１は、図６に示すように、充電装置２と電池パック３とから構成されており、前記実施の形態１の充電システム１（図１）との構成上の違いは、電池パック３の遮断部２０（図１）の代わりに、スイッチ回路２２が設けられている点である。

スイッチ回路２２は、たとえば、ＦＥＴなどの半導体スイッチからなり、遮断部２０（図１）と同様に、二次電池１６の正側電極と接続端子Ｔ１との間に直列接続されている。そして、スイッチ回路２２は、マイコン１７からの制御信号に基づいて、オン／オフ動作を行い、充電経路を遮断、または接続する。

また、マイコン１７のメモリ１７ａには、充電装置２に適応する電池パック３であることを識別する電圧パターンを生成する電圧パターン生成情報が記憶されている。さらに、マイコン１５のメモリ１５ｂには、充電装置２に適応する電池パックを識別する電圧パターンが記憶されている。

以下、充電装置２による電池パック３の正規判定動作について図７により説明する。

まず、充電装置２のマイコン１５は、充電装置２に電池パック３が接続された否かを判定する（ステップＳ２０１）。このステップＳ２０１の処理での判定は、たとえば、電池電圧検出回路１１において、ある電圧が検出されたか否かで判別できる。

充電装置２に電池パック３が接続されると、マイコン１５は、マイコン１７に対してパターン電圧の出力指示を行う（ステップＳ２０２）。マイコン１７は、メモリ１７ａに格納されている電圧パターン生成情報に基づいて、スイッチ回路２２をオン・オフ動作させることで所定の電圧パターンを生成する。

電池パック３から出力された電圧パターンは、接続端子Ｔ１、接続端子Ｔ１０を介して充電装置２に入力され、電池電圧検出回路１１によって、該電圧パターンが検出される（ステップＳ２０３）。

マイコン１５は、電池電圧検出回路１１が検出した電圧パターンから接続されている電池パック３が正規品か否かを判別する（ステップＳ２０４）。この判別の方法は、電池電圧検出回路１１が検出した電圧パターンとマイコン１５のメモリ１５ｂに格納されている充電装置２に適応する電池パックを識別する電圧パターンとを比較し、一致していれば正規の電池パック３と判断し、一致しなければ非正規の電池パックであると判別する。

ステップＳ２０４の処理において、正規品でない電池パックと判定した場合には、スイッチ回路２２を動作させず、電池パック３への充電を禁止する（ステップＳ２０８）。このとき、マイコン１７は、マイコン１５に対して充電を禁止した旨の情報を接続端子Ｔ３、接続端子Ｔ３０を介して出力する。

充電を禁止した旨の情報を受けると、マイコン１５は、たとえば、表示回路９のＬＥＤなどを点灯させることによって使用者に充電異常の旨報知する。

また、ステップＳ２０４の処理において、正規品の電池パック３と判定すると、マイコン１５は、電池パック３のマイコン１７に対して充電パラメータを送信する指示を行う（ステップＳ２０５）。

マイコン１７は、マイコン１５からの指示を受けて、メモリ１７ａに格納されている充電パラメータを読み出し、接続端子Ｔ３０、接続端子Ｔ４を介してマイコン１５に出力する。そして、マイコン１５は、充電パラメータを受信すると（ステップＳ２０６）、該充電パラメータに基づいて充電制御を実行し（ステップＳ２０７）、満充電判別を行い（ステップＳ２０８）、満充電と判別すると充電を終了する。

なお、電池パック３から出力される電圧パターンは、前記実施の形態１の図３、図４に示したように、非周期性であり、時間とともに振幅が変化するものとする。また、非正規の電池パックの場合には、スイッチ回路２２が備えられていないため、充電装置２の電池電圧検出回路１１で検出される電圧（たとえば、前記実施の形態１の図５）は電池パック３の電池電圧となる。

それにより、本実施の形態２においても、非周期性の電圧パターンを用いて、正規品の電池パック３か否かを判定するので、高精度に判定を行うことができる。

また、電池パック３を識別する電圧パターンが非周期で、かつ複雑なパターンとなっているので、該電流パターンの信号解析を困難にすることができる。

本発明は、リチウムイオン２次電池等の２次電池を備えた電池パック、または電池パックを充電する充電装置における充電制御技術に適している。

１ 充電システム
２ 充電装置
３ 電池パック
４ 第一整流平滑回路
５ 高周波トランス
６ スイッチング回路
７ スイッチング制御回路
８ 第二整流平滑回路
９ 表示回路
１０ 補助電源回路
１１ 電池電圧検出回路
１２ 充電電流検出回路
１３ 電圧・電流制御回路
１４ 電圧・電流設定回路
１５ マイコン
１５ａ シリアル通信インタフェース
１５ｂ メモリ
１６ 二次電池
１７ マイコン
１７ａ メモリ
１７ｂ シリアル通信インタフェース
１８ セル電圧検出回路
１９ 電流検出部
２０ 遮断部
２１ 過充電信号出力回路
２２ スイッチ回路
Ｔ１〜Ｔ４ 接続端子
Ｔ１０〜Ｔ４０ 接続端子

Claims (14)

1. 単数または複数の二次電池セルから構成された電池パックと、前記電池パックを充電する充電装置とからなる充電システムであって、
   前記充電装置は、
   非周期性の電圧・電流信号を生成して出力する信号出力回路を有し、
   前記電池パックは、
   前記信号出力回路から出力された電圧・電流信号の電圧・電流パターンを検出し、検出結果に基づいて、前記二次電池セルの充電を行うか否かを判断する充電制御部とを有したことを特徴とする充電システム。
2. 請求項１記載の充電システムにおいて、
   前記信号出力回路は、
   前記電圧・電流信号を生成する設定信号を出力する設定部と、
   前記設定部から出力された設定信号に基づいて、前記電圧・電流信号を生成する電圧・電流信号生成部とを有し、
   前記充電制御部は、
   前記信号出力回路から出力された電圧・電流信号を受信し、前記電圧・電流信号の電圧・電流を電圧・電流パターンとして検出する信号検出回路と、
   前記信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較する比較用電流パターンが格納されたメモリ部と、
   前記メモリ部に格納された比較用電流パターンと前記信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較し、前記比較用電流パターンと前記電圧・電流パターンとの形状が一致すると、前記充電装置に充電を許可する充電許可信号を出力するパターン認識充電制御部とを有したことを特徴とする充電システム。
3. 請求項１または２記載の充電システムにおいて、
   前記信号出力回路は、
   前記電池パックが前記充電装置に接続された際に、前記電池パックが接続されたことを知らせる接続認識信号を前記電池パックに出力し、
   前記充電制御部は、
   前記接続認識信号が入力された際に、前記電圧・電流信号を生成するよう指示する制御信号を前記信号出力回路に出力し、前記電池パックが前記充電装置に接続された際に前記電圧・電流信号が出力されることを特徴とする充電システム。
4. 請求項２または３記載の充電システムにおいて、
   前記電池パックは、
   充電停止信号に基づいて、前記二次電池セルの充電経路を遮断する遮断部を有し、
   前記パターン認識充電制御部は、
   比較用電流パターンと前記電圧・電流パターンとの形状が異なる場合に、前記二次電池セルへの充電を停止する前記充電停止信号を前記遮断部に出力することを特徴とする充電システム。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の充電システムにおいて、
   前記電池パックは、
   前記二次電池セルの電池特性に応じた充電情報からなる充電パラメータを格納するパラメータ格納部を有し、
   前記パターン認識充電制御部は、
   比較用電流パターンと前記電圧・電流パターンとの形状が一致すると、前記パラメータ格納部から前記充電パラメータを読み出して前記充電装置に出力し、
   前記充電装置は、
   前記充電パラメータに基づいて、前記二次電池セルを充電することを特徴とする充電システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電システムにおいて、
   前記信号出力回路から出力される電圧・電流信号は、
   前記充電装置から前記二次電池セルに充電される充電経路を介して前記充電制御部に入力されることを特徴とする充電システム。
7. 単数または複数の二次電池セルから構成された電池パックと、前記電池パックを充電する充電装置とからなる充電システムであって、
   前記電池パックは、
   前記充電装置を識別する非周期性の電圧・電流信号を生成して出力する信号出力回路を有し、
   前記充電装置は、
   前記信号出力回路から出力された電圧・電流信号の電圧・電流パターンを検出し、検出結果に基づいて、前記二次電池セルの充電を行うか否かを判断する充電制御部とを有したことを特徴とする充電システム。
8. 請求項７記載の充電システムにおいて、
   前記信号出力回路は、
   前記電圧・電流信号を生成する設定信号を出力する設定部と、
   前記設定部から出力された設定信号に基づいて、前記電圧・電流信号を生成する電圧・電流信号生成部とを有し、
   前記充電制御部は、
   前記信号出力回路から出力された電圧・電流信号を受信し、前記電圧・電流信号の電流を電圧・電流パターンとして検出する信号検出回路と、
   前記信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較する比較用電流パターンが格納されたメモリ部と、
   前記メモリ部に格納された比較用電流パターンと前記信号検出回路が検出した電圧・電流パターンと比較し、前記比較用電流パターンと前記電圧・電流パターンとの形状が一致すると、前記充電装置に充電を許可する充電許可信号を出力するパターン認識充電制御部とを有したことを特徴とする充電システム。
9. 請求項７または８記載の充電システムにおいて、
   前記電池パックは、
   充電停止信号に基づいて、前記二次電池セルの充電経路を遮断する遮断部を有し、
   前記パターン認識充電制御部は、
   前記比較用電流パターンと前記電圧・電流パターンとの形状が異なる場合に、前記二次電池セルへの充電を停止する前記充電停止信号を前記遮断部に出力することを特徴とする充電システム。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の充電システムにおいて、
    前記電池パックは、
    前記電池パックが前記充電装置に接続されたことを検出する電池電圧検出回路を有し、
    前記充電制御部は、
    前記電池パックが検出されたことを前記電池電圧検出回路が検出すると、前記電圧・電流信号を生成するよう指示する制御信号を前記信号出力回路に出力し、前記電池パックが前記充電装置に接続された際に前記電圧・電流信号が出力されることを特徴とする充電システム。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載の充電システムにおいて、
    前記電池パックは、
    前記二次電池セルの電池特性に応じた充電情報からなる充電パラメータを格納するパラメータ格納部を有し、
    前記パターン認識充電制御部は、
    前記比較用電流パターンと前記電圧・電流パターンとの形状が一致すると、前記パラメータ格納部に格納された充電パラメータを前記充電装置に出力するように指示し、
    前記充電装置は、
    前記電池パックから受信した前記充電パラメータに基づいて、前記二次電池セルを充電することを特徴とする充電システム。
12. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載の充電システムにおいて、
    前記信号出力回路から出力される電圧・電流信号は、
    前記充電装置から前記二次電池セルに充電される充電経路を介して前記充電制御部に入力されることを特徴とする充電システム。
13. 単数又は複数の二次電池セルから構成され、充電装置により前記二次電池セルが充電される電池パックであって、
    前記充電装置から出力される識別用の電圧・電流信号を検出する信号検出回路と、
    非周期性を有する比較用電流パターンを記憶するメモリ部と、
    前記信号出力回路で検出された電圧・電流信号と比較用電流パターンとが一致すると前記充電装置に充電を許可する信号を出力するパターン認識充電制御部とを備える電池パック。
14. 電池パックを充電するための充電装置であって、
    前記電池パックから出力される識別用の電圧・電流信号を検出する信号検出回路と、
    非周期性を有する比較用電圧パターンを記憶するメモリ部と、
    前記信号検出回路で検出された電圧・電流信号と比較用電圧パターンとが一致すると前記電池パックへの充電を行うパターン認識充電制御部とを備える充電装置。

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