JP2013059237A - 充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の種類や充電開始前の二次電池の残存容量によらず、より正確に二次電池の劣化を判別することが可能な充電器を提供する。
【解決手段】二次電池２１へ充電電流を出力する出力回路部３と、二次電池２１の電圧を検出する電圧検出部２と、定電流で充電電流を流す定電流充電と定電流充電後に定電圧で充電電流を流す定電圧充電とを行うように出力回路部３を制御する制御部１とを有する充電器１０であり、制御部１は、定電流充電中に、電圧検出部２が検出する第１電圧と、第１電圧を検出後に電圧検出部２が検出する第２電圧と、第１電圧の検出時から第２電圧の検出時までの時間とに基づいて該時間における第１電圧と第２電圧との電圧変化の勾配を演算し、勾配が所定値以下の場合に二次電池２１が劣化していると判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を充電する充電器に関する。

従来より、各種の携帯用機器などの電源として、二次電池が利用されている。二次電池は、充放電の繰り返しのサイクル数が増加するにつれて放電容量が低下するため、繰り返して使用できる充電回数に限界がある。そのため、二次電池を充電する充電器には、二次電池への充電時に二次電池の寿命の判別を行うものがある。

この種の充電器として、二次電池を備えた電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出回路と、検出された電池電圧と所定時間前の電池電圧とから電池電圧勾配を演算する電池電圧勾配演算手段とを有する充電装置が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。

特許文献１の充電装置は、充電開始前の電池パックの電圧が所定電圧値以下であって、充電開始後所定時間内の電池電圧勾配が第１の所定値以上である場合は、二次電池は寿命であると判別する。また、充電装置は、ＬＥＤを備えており、電池パックの寿命劣化具合を表示する。

これにより、充電装置は、二次電池の寿命を判別でき、二次電池の劣化状態をユーザに簡易に認知させることができる、としている。

また、二次電池である電池セルの劣化を測定する電池劣化測定装置として、電池セルの電圧を測定する電圧測定部と、電池セルの充電電流を測定する電流測定部と、電池セルの劣化率を判断する制御部とを備えたものも知られている（たとえば、特許文献２参照。）。

特許文献２の電池劣化測定装置は、電池セルへの定電流充電中に供給される充電電流が、第１の充電電流値の場合に、電圧測定部で測定した電圧値から第１のセル電圧を得る。また、電池劣化測定装置は、充電電流が第１の充電電流値よりも低い第２の充電電流値に変化した場合に、電圧測定部で測定した電圧値から第２のセル電圧を得る。そして、電池劣化測定装置は、制御部が、第１のセル電圧と第２のセル電圧とに基づいて電池セルの内部抵抗を算出し、電池セルの劣化率を判断する。

これにより、特許文献２の電池劣化測定装置は、二次電池の劣化を正確に判別して二次電池を充電することができる、としている。

特開２００７−２４５４１号公報 特開２００８−１２３９６１号公報

ところで、二次電池には、充電回数の少ない初期段階から内部抵抗が高いものや、逆に、内部抵抗の低いものなど二次電池の種類やばらつきなどによって様々のものがある。また、二次電池は、充電を行う二次電池の残存容量にも起因して充電開始前の二次電池の電圧が大きく異なる傾向にある。

しかしながら、特許文献１に記載された充電装置では、充電開始前の電圧を寿命の判別に利用しているため、二次電池の種類などや二次電池の残存容量によって、誤判別を生ずる可能性が高くなる恐れがある。特許文献２の電池劣化測定装置では、二次電池の充電電流と電圧とを正確に測定する必要があり、測定誤差が生じ易くなる恐れがある。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、二次電池の種類や充電開始前の二次電池の残存容量によらず、より正確に二次電池の劣化を判別することが可能な充電器を提供することにある。

本発明の充電器は、二次電池へ充電電流を出力する出力回路部と、上記二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、定電流で上記充電電流を流す定電流充電と該定電流充電後に定電圧で上記充電電流を流す定電圧充電とを行うように上記出力回路部を制御する制御部とを有する充電器であって、上記制御部は、上記定電流充電中に、上記電圧検出部が検出する上記第１電圧と、該第１電圧を検出後に上記電圧検出部が検出する第２電圧と、上記第１電圧の検出時から上記第２電圧の検出時までの時間とに基づいて該時間における上記第１電圧と上記第２電圧との電圧変化の勾配を演算し、上記勾配が所定値以下の場合に上記二次電池が劣化していると判別することを特徴とする。

この充電器において、上記定電流充電は、上記充電電流の定電流値を段階的に減少させる複数の期間で行われ、少なくとも、上記二次電池への充電が開始される第１期間と、上記定電圧充電の充電開始直前における第２期間と、上記第１期間と上記第２期間との間であって上記出力回路部から上記第１期間に出力される第１定電流値および上記第２期間に出力される第２定電流値とは異なる第３定電流値を出力させる第３期間とを含み、上記制御部は、上記第３期間の上記勾配を演算することが好ましい。

この充電器において、上記制御部は、上記第３期間を複数の領域に分け、該複数の領域それぞれの上記勾配を演算するとともに、複数の上記勾配を用いて上記判別をすることが好ましい。

この充電器において、上記二次電池を有する電池パックに記憶素子が設けられており、上記制御部は、上記記憶素子に上記二次電池への充電回数と該充電回数における上記二次電池の上記勾配とを対応付けて記憶させるとともに、充電回数が所定回数以下の初期段階の上記勾配と上記初期段階よりも充電回数の多い段階の上記勾配とを比較して、上記電池パックごとの上記二次電池の上記初期段階の上記勾配のばらつきを排除することが好ましい。

この充電器において、上記判別した結果を外部に報知する報知部を有することが好ましい。

本発明の充電器は、二次電池の種類や充電開始前の二次電池の残存容量によらず、より正確に二次電池の劣化を判別することが可能となる。

実施形態１の充電器および充電器に接続される電池パックを示すブロック図である。 同上の充電器で充電する二次電池の充電電流特性を説明する説明図である。 同上の充電器で充電する二次電池の電池電圧特性を説明する説明図である。 同上の充電器で検知する二次電池の電気特性を説明する説明図である。 実施形態２の充電器で充電する二次電池の充電電流特性を説明する説明図である。 同上の充電器で充電する二次電池の電池電圧特性を説明する説明図である。 同上の充電器で検知する二次電池の電気特性を説明する説明図である。 実施形態３の充電器で充電する二次電池の充電電流特性を説明する説明図である。 同上の充電器で充電する二次電池の電池電圧特性を説明する説明図である。

（実施形態１）
図１ないし図４に基づいて、本実施形態の充電器１０および充電器１０に接続される電池パック２０について説明する。なお、各図において、同様の構成要素に対しては、同じ番号を付して重複する説明を省略している。

本実施形態の充電器１０は、図１で示すように、商用電源などの外部電源ＡＣを用いて二次電池２１を充電するものであり、二次電池２１は、充電器１０のケース（図示していない）に着脱自在に配置することが可能な電池パック２０に内蔵されている。二次電池２１は、二個の素電池Ｅ１，Ｅ２を電気的に直列接続させたものを用いている。

本実施形態の充電器１０は、二次電池２１へ充電電流を出力する出力回路部３と、二次電池２１の電圧を検出する電圧検出部２とを有している。また、充電器１０は、定電流で充電電流を流す定電流充電と定電流充電後に定電圧で充電電流を流す定電圧充電とを行うように出力回路部３を制御する制御部１を有している。制御部１は、定電流充電中に、電圧検出部２が検出する第１電圧と、第１電圧を検出後に電圧検出部２が検出する第２電圧と、第１電圧の検出時から第２電圧の検出時までの時間とに基づいて該時間における第１電圧と第２電圧との電圧変化の勾配を演算する。制御部１は、演算した電圧変化の勾配が予め定めた所定値以下の場合に二次電池２１が劣化していると判別する。本実施形態の充電器１０は、判別した結果を外部に報知する報知部６を有している。

より具体的には、本実施形態の充電器１０は、図２に示すように、充電開始時となる時刻ｔ１１から定電流で充電電流を二次電池２１へ流す。そして、充電器１０は、後述する電池パック２０の定電圧制御素子２６からの信号に基づいて、制御部１が出力回路部３を制御することにより、定電流充電から定電圧充電への切替を時刻ｔ１６で行う（図３を参照）。すなわち、充電器１０は、時刻ｔ１１から所定の時刻ｔ１６の間、定電流充電を行う。また、充電器１０は、定電流充電後となる時刻ｔ１６の経過後から時刻ｔ１７までの間、定電圧で充電電流を二次電池２１へ流す定電圧充電を行う。そして、充電器１０は、定電圧充電中に、二次電池２１の充電が進めば充電電流が徐々に減少する。充電器１０は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、制御部１が二次電池２１が満充電になったとして時刻ｔ１７で、二次電池２１への充電を停止させる。言い換えると、本実施形態の充電器１０は、定電流充電と、定電流充電後に定電流充電から切り替えた定電圧充電とで二次電池２１への充電を行っている。これにより、充電器１０は、定電流充電だけで充電を行う場合に生じ易い二次電池２１の過充電を抑制しつつ、定電圧充電だけで充電を行うものと比較して、二次電池２１の充電に要する時間を短くすることが可能となる。

ところで、リチウムイオン二次電池（以下、リチウム二次電池ともいう）などを代表とする二次電池２１では、二次電池２１の充電回数を重ねると内部抵抗の増加などにより、二次電池２１の充電や放電の電気特性が劣化する傾向にある。そのため、二次電池２１は、充電回数の少ない初期段階の二次電池２１の電気特性と、充電回数が多い段階の劣化した二次電池２１の電気特性とが異なる。二次電池２１は、たとえば、図４に示すように、定電流充電中における二次電池２１の電気特性が、初期段階の二次電池２１の電気特性（図４中の一点鎖線を参照）から劣化した二次電池２１の電気特性（図４中の実線を参照）へと変化する。初期段階の二次電池２１は、定電流充電中に、時刻ｔ１３で二次電池２１の充電電圧が電圧Ｖａ、時刻ｔ１５において電圧Ｖｂとなる電気特性を示す。すなわち、初期段階の二次電池２１は、電圧Ｖａの検出時である時刻ｔ１３から電圧Ｖｂの検出時である時刻ｔ１５までの時間における電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの電圧変化の勾配の特性を示す。これに対し、劣化した二次電池２１では、定電流充電中に、時刻ｔ１２において電圧Ｖａ、時刻ｔ１４において電圧Ｖｂとなる。劣化した二次電池２１は、電圧Ｖａの検出時である時刻ｔ１２から電圧Ｖｂの検出時である時刻ｔ１４までの時間における電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの電圧変化の勾配の特性を示す。そのため、劣化した二次電池２１の勾配は、初期段階の二次電池２１の勾配と比較して、勾配の角度が時間に対して緩やかになる傾向を示す（図４を参照）。

本実施形態の充電器１０は、予め所定の第１電圧として電圧Ｖａを設定しており、電圧検出部２が電圧Ｖａを検出する検出時の時刻ｔ１２を計時している。同様に、本実施形態の充電器１０は、予め所定の第２電圧として電圧Ｖｂを設定しており、電圧検出部２が電圧Ｖｂを検出する検出時の時刻ｔ１４を計時している。そして、制御部１は、電圧Ｖａの検出時から電圧Ｖｂの検出時までの時間（ｔ１４−ｔ１２）における電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの電圧変化の勾配を演算している。なお、本実施形態の充電器１０は、予め設定した電圧に基づいて制御部１が電圧変化の勾配を演算しているものだけに限られない。したがって、本実施形態の充電器１０は、予め設定した時刻ごとの二次電池２１の充電電圧を測定し、予め設定した時刻間の電圧変化の勾配を演算するものでもよい。

本実施形態の充電器１０は、定電流充電中における電圧変化の勾配が予め設定した所定値以下の場合に、制御部１が二次電池２１が劣化していると判別する。充電器１０は、電圧変化の勾配を演算するための所定の第１電圧や所定の第２電圧を、二次電池２１の劣化を判別する所望の基準に応じて適宜に設定しておけばよい。充電器１０は、定電流充電中の電圧変化の勾配により、二次電池２１の劣化を判別しているため、二次電池２１の種類や充電開始前の二次電池２１の残存容量によらず、二次電池２１の劣化を判別することができる。言い換えれば、本実施形態の充電器１０は、二次電池２１の定電流充電を利用して、二次電池２１の劣化を判別する電池劣化判別装置として機能する。なお、充電器１０は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１６の定電流充電中に、電圧変化の複数の勾配を演算してもよい。充電器１０は、複数の勾配それぞれの平均値などを用いることで二次電池２１における劣化の判別の精度を高めることもできる。

以下、本実施形態の充電器１０の構成について、より詳細に説明する。

充電器１０は、電池パック２０が充電器１０のケースに装着されることで、充電器１０側と、電池パック２０側とを電気的に接続させ、外部電源ＡＣからの電力を変換して給電し二次電池２１の充電が可能となるように構成している。充電器１０は、外部電源ＡＣと電気的に接続可能な整流回路部４を備えている。整流回路部４は、図示していないが、たとえば、ダイオードブリッジ回路を備え、外部電源ＡＣとヒューズを介してダイオードブリッジ回路に接続させている。また、整流回路部４は、ダイオードブリッジ回路の出力端間に平滑コンデンサを接続させ、ダイオードブリッジ回路で整流された直流電圧を平滑コンデンサにて平滑化する構成とすることができる。充電器１０は、整流回路部４の出力端に、二次電池２１への充電電流を出力する出力回路部３を電気的に接続させている。また、充電器１０は、出力回路部３の出力端を二次電池充電用の第１絶縁トランス７の一次側と接続させている。充電器１０は、第１絶縁トランス７の二次側を、一対の端子１３，１３と各別に接続させている。充電器１０は、充電器１０の端子１３，１３と、電池パック２０に内蔵された二次電池２１と電気的に接続された端子２３，２３とを電気的に接続できるように構成している。

なお、充電器１０は、充電器１０の端子１３と電池パック２０の端子２３とを直接に電気的機械的に接続させているがこれに限られるものだけではない。充電器１０は、充電器１０側と電池パック２０側とを絶縁トランス（図示していない）などを用いて、機械的に無接触で電気的に接続を行う構成としてもよい。すなわち、充電器１０は、非接触充電が可能な構成としてもよい。

充電器１０は、外部電源ＡＣから供給された交流電流を整流回路部４で整流した後、出力回路部３および第１絶縁トランス７を介して、所定の電圧に変圧し端子１３から電池パック２０側へ出力させる。これにより、充電器１０は、直流定圧電源として電池パック２０の二次電池２１に充電電流を供給することができる。

出力回路部３は、第１絶縁トランス７への電力供給のオン・オフや第１絶縁トランス７へ流れる電流量を調節する出力調整部として機能する。出力回路部３は、フォトカプラ９を介して制御部１と接続している。制御部１は、第１絶縁トランス７の二次側に設けられた電圧検出部２と電気的に接続されている。

制御部１は、たとえば、マイクロコンピュータなどの所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたものにより構成することができる。制御部１は、二次電池２１の電圧変化の勾配を演算できるように、時刻を計時する計時部を備えている。また、制御部１は、二次電池２１の劣化の判定に用いるための所定の第１電圧や所定の第２電圧を記憶させるメモリ部を備えている。メモリ部は、電圧検出部２が検出した計時部で計時している時刻を記憶可能としている。さらに、制御部１は、所定の制御プログラムが記録された不揮発性の半導体素子であるＲＯＭ（Read Only Memory）を記憶装置として備えている。制御部１は、電圧検出部２により検出した電圧の信号をデジタル値に変換するＡＤコンバータを備えている。制御部１は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、フォトカプラ９を介して出力回路部３へ制御信号を出力し二次電池２１への充電動作を制御することができる。

電圧検出部２は、たとえば、二次電池２１が電気的に接続された端子１３，１３間の電圧を検出する回路であり、抵抗器を用いて構成することができる。電圧検出部２は、抵抗器の電圧降下により生じる電圧を二次電池２１の電圧として制御部１へ出力する。

出力回路部３は、たとえば、ＭＯＳトランジスタよりなるスイッチング素子を備えており、スイッチング素子は、制御部１からの制御信号となるＰＷＭ信号によって、オン・オフ制御される。すなわち、スイッチング素子は、ＰＷＭ信号に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数およびオン時間が制御される。充電器１０は、制御部１が電圧検出部２の検出結果などに基づく制御信号を出力し、制御信号となるＰＷＭ信号に対応して出力回路部３のスイッチング素子が駆動されて電池パック２０に所望の充電電流が出力される。

また、上述の整流回路部４には、整流回路部４の出力端に制御部用電源部５が電気的に接続されている。制御部用電源部５は、外部電源ＡＣからの交流電流が整流回路部４で整流されて入力される。制御部用電源部５は、制御部１などを駆動させるための電源として機能するように、制御部１へ給電する電流や電圧を調整する。制御部用電源部５は、出力端が制御部用の第２絶縁トランス８の一次側と電気的に接続されている。第２絶縁トランス８の二次側には、充電器１０を冷却する冷却ファン（図示していない）や冷却ファンの駆動を制御する回路ブロックなどとなる周辺回路部１１が接続されている。周辺回路部１１は、冷却ファンの駆動を制御する回路ブロックなどが制御可能なように、制御部１と電気的に接続させている。また、第２絶縁トランス８の二次側には、第２絶縁トランス８の出力端に電圧変換回路部１２が接続されている。電圧変換回路部１２は、制御部１と電気的に接続され制御部１に電力を安定出力するために設けられている。電圧変換回路部１２は、たとえば、定電圧を構成するシリーズレギュレータであって、三端子レギュレータなどを用いて構成することができる。

すなわち、制御部１には、整流回路部４の出力端と電気的に接続させた制御部用電源部５から第２絶縁トランス８および電圧変換回路部１２を介して電力が供給される。また、第２絶縁トランス８の二次側には、制御部１と接続され制御部１により判別した結果を外部に報知する報知部６を有している。

なお、報知部６は、たとえば、発光ダイオードや有機ＥＬ素子などの表示器、スピーカやブザーなどを備えて構成することができる。なお、報知部６は、報知部６の内部に発光ダイオードを備える場合、発光ダイオードへ流れる電流を制限する制限抵抗を好適に内蔵している。報知部６は、制御部１により報知部６の報知動作が制御される。報知部６は、制御部１からの信号により、二次電池２１が劣化していると判別した結果を外部に報知することができる。

以下、本実施形態の充電器１０と接続させる電池パック２０について、より詳細に説明する。

本実施形態の充電器１０で充電させる電池パック２０には、図１に示すように、二個の素電子Ｅ１，Ｅ２を電気的に直列接続させたものを二次電池２１として収納している。なお、二次電池２１は、二個の素電池Ｅ１，Ｅ２を電気的に直列接続させたものに限られない。二次電池２１は、二個の素電池Ｅ１，Ｅ２を電気的に並列接続させたものでもよいし、一個の素電池で構成したものでもよい。また、二次電池２１は、三個以上の素電池を直列、並列や直並列に適宜に電気的に接続させたものとしてもよい。本実施形態の充電器１０により充電される二次電池２１は、たとえば、ニッケル水素二次電池やリチウム二次電池などを用いることができる。

充電器１０で充電される二次電池２１の使用用途は、特に限定するものではないが、たとえば、電動工具（図示していない）の電源として電動工具に装着されるものが挙げられる。電動工具の電源として二次電池２１を装着させる場合、電動工具の形状に合わせたケース（図示していない）内に二次電池２１を収納した電池パック２０を用いればよい。

電池パック２０には、外部から書き換え可能な記憶素子２７が設けられている。記憶素子２７は、二次電池２１の充電回数と、充電回数に対応する電圧変化の勾配とを記憶することができる。記憶素子２７は、制御部１により、二次電池２１への充電回数と該充電回数における二次電池２１の電圧変化の勾配とを対応付けて記憶させられる。これにより、制御部１は、充電回数が所定回数以下の初期段階の電圧変化の勾配と初期段階よりも充電回数の多い段階の電圧変化の勾配とを比較して、電池パック２０ごとの二次電池２１の初期段階の電圧変化の勾配のばらつきを排除することができる。充電器１０は、電池パック２０ごとの二次電池２１の初期段階の電圧変化の勾配のばらつきが小さくなるように、たとえば、所定の基準値と初期段階の電圧変化の勾配との差分を小さくする補正係数を、演算した電圧変化の勾配に掛けることができる。また、充電器１０は、電池パック２０ごとの二次電池２１の初期段階の電圧変化の勾配のばらつきが小さくなるように、たとえば、所定の基準値よりも大きい、基準値と初期段階の電圧変化の勾配との差分を、演算した電圧変化の勾配から減算などしてもよい。同様に、充電器１０は、電池パック２０ごとの二次電池２１の初期段階の電圧変化の勾配のばらつきが小さくなるように、たとえば、所定の基準値よりも小さい、基準値と初期段階の電圧変化の勾配との差分を、演算した電圧変化の勾配から加算などしてもよい。また、充電器１０は、電池パック２０ごとの二次電池２１の初期段階の電圧変化の勾配のばらつきが小さくなるように、二次電池２１の劣化を判別する所定値の値を適宜に補正してもよい。これにより、本実施形態の充電器１０は、より正確な二次電池２１の劣化を判別することが可能となる。なお、記憶素子２７は、たとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable andProgrammable Read Only Memory）等の不揮発性の半導体素子などで構成すればよい。

また、電池パック２０には、二次電池２１の定電圧充電時に二次電池２１の電圧を一定に維持するための定電圧制御素子２６を備えている。定電圧制御素子２６は、たとえば、制御ＩＣなどにより構成することができる。本実施形態の充電器１０は、二次電池２１の充電時に、定電圧制御素子２６と電気的に接続された電池パック２０側の端子２４と、制御部１と電気的に接続された充電器１０側の端子１４とが接続されている。定電圧制御素子２６は、二次電池２１に過充電が生じないように、電池パック２０側で充電終止電圧に到達したか否かも判別する。定電圧制御素子２６は、二次電池２１の電池電圧が充電終止電圧に達した場合、充電器１０側から二次電池２１への充電を停止させるように、電池パック２０の端子２４から制御部１へ信号を出力する。

次に、本実施形態の充電器１０の動作について説明する。

本実施形態の充電器１０は、充電器１０の端子１３に、二次電池２１と接続された電池パック２０における端子２３が電気的に接続されると充電を開始する。充電器１０は、最初に、制御部１が出力回路部３を制御し定電流で充電電流を二次電池２１へ流す定電流充電を行う。充電器１０は、定電流充電中に、電圧検出部２により二次電池２１に印加される電圧を測定する。制御部１は、電圧検出部２が検出する電圧が、制御部１のメモリ部に予め記憶させている所定の第１電圧Ｖａと一致するかを判定する。制御部１は、電圧検出部２が検出した電圧が所定の第１電圧Ｖａと一致したと判定した場合、制御部１に内蔵する計時部により定電流充電を開始した時刻ｔ１１からの経過時間である時刻ｔ１２を制御部１のメモリ部に記憶させる（図４を参照）。次に、充電器１０は、定電流充電中に、検出する電圧が、制御部１のメモリ部に予め記憶させている所定の第２電圧Ｖｂと一致するかを判定する。制御部１は、検出している電圧が所定の第２電圧Ｖｂと一致したと判定した場合、制御部１の計時部により定電流充電を開始した時刻ｔ１１からの経過時間である時刻ｔ１４を制御部１のメモリ部に記憶させる。

次に、制御部１は、制御プログラムにもとづいて、二次電池２１の電圧変化（Ｖｂ−Ｖａ）と、二次電池２１の電圧が電圧Ｖａから電圧Ｖｂとなるまでの時間（ｔ１４−ｔ１２）とから電圧変化の勾配（（Ｖｂ−Ｖａ）／（ｔ１４−ｔ１２））を演算し制御部１のメモリ部に記憶させる。なお、充電器１０は、制御部１から端子１５，２５を介して電池パック２０の記憶素子２７に電圧変化の勾配の値を送信する。制御部１は、充電回数および充電回数に対応する電圧変化の勾配の値などを、適宜に、記憶素子２７に記憶させる。制御部１は、充電を行う度に、たとえば、記憶素子２７に記憶された前回の充電回数の値に１回増やした充電回数の値を記憶素子２７に記憶させればよい。

つづいて、充電器１０の制御部１は、制御部１のメモリ部に予め記憶させた所定値と、制御部１により演算された電圧変化の勾配とを比較する。本実施形態の充電器１０は、演算した電圧変化の勾配が、予め記憶させた所定値以下の場合、二次電池２１が劣化しているとして判別する。制御部１は、二次電池２１が劣化していると判別した場合、判別した結果を外部に報知するように報知部６を制御する。

充電器１０は、二次電池２１が劣化していると判別した場合、制御部１が二次電池２１への充電を中止するように制御してもよいし、二次電池２１への充電を継続してもよい。充電器１０は、二次電池２１への充電を継続する場合、定電流充電後である時刻ｔ１６の経過後から時刻ｔ１７までの間、二次電池２１に定電圧で充電電流を流す定電圧充電を行う。そして、充電器１０は、二次電池２１の充電が進めば、制御部１が出力回路部３を制御して充電電流を減少させる。充電器１０は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、二次電池２１が満充電になったとして二次電池２１への充電を停止させる。

これにより、本実施形態の充電器１０は、二次電池２１の種類や充電開始前の二次電池２１の残存容量によらず、より正確に二次電池２１の劣化を判別することが可能となる。なお、劣化していると判別された二次電池２１は、電池の容量も小さくなる。そのため、本実施形態の充電器１０は、報知部６が二次電池２１の劣化を報知することにより、たとえば、所定時間の間、二次電池２１が電動工具を稼動させる電池の容量を備えているか否かを使用者などに提供することが可能となる。すなわち、充電器１０は、充電器１０に報知部６を備えているので、二次電池２１の劣化を使用者などへ報知することができ、使用者が充電された電池パック２０を用いた電動工具での作業量を把握などすることが可能となる。

（実施形態２）
本実施形態の充電器１０は、図２および図３に示す実施形態１の定電流充電での電圧変化の勾配を用いる代わりに、図５および図６に示す定電流値を段階的に減少させた定電流充電における特定期間での電圧変化の勾配を用いて二次電池２１の劣化を判別する点が相違する。なお、本実施形態の充電器１０および充電器１０に接続される電池パック２０は、図１に示す実施形態１の充電器１０および電池パック２０と同様の回路構成としている。本実施形態の充電器１０と、実施形態１の充電器１０とは、電圧変化の勾配を演算などする制御部１の制御プログラムが異なっている。ここで、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態の充電器１０において、二次電池２１への定電流充電は、充電電流の定電流値を段階的に減少させる複数の期間で行われている。定電流充電は、二次電池２１への充電が開始される第１期間と、定電圧充電の充電開始直前における第２期間とを有している。また、定電流充電は、第１期間と第２期間との間であって出力回路部３から第１期間に出力される第１定電流値および第２期間に出力される第２定電流値とは異なる第３定電流値を出力させる第３期間を有している。本実施形態の充電器１０の制御部１は、定電流充電における特定期間である第３期間の電圧変化の勾配を演算する。

本実施形態の充電器１０は、定電流充電において、二次電池２１への充電が進むに伴って、充電電流の定電流値を段階的に減少させることにより、過充電の防止などにより二次電池２１が劣化することをより軽減させることが可能としている。また、本実施形態の充電器１０は、より正確に二次電池２１の劣化を判別することが可能となる。

以下、本実施形態の充電器１０の動作について、より詳述に説明する。

本実施形態の充電器１０は、制御部１が出力回路部３を制御して、図５に示すように、充電開始直後の期間となる時刻ｔ２１から時刻ｔ２３までの間を二次電池２１への充電が開始される第１期間として、定電流で充電電流を流す定電流充電を行う。また、充電器１０は、時刻ｔ２３を経過後、充電電流の電流値を減少させて、時刻ｔ２３の経過後から時刻ｔ２５の間の期間において定電流充電を行う。さらに、充電器１０は、時刻ｔ２５を経過後、充電電流の電流値を更に減少させて、時刻ｔ２５の経過後から定電圧充電に切替える時刻ｔ２６までの間の期間において定電流充電を行う。充電器１０は、図６に示すように、時刻ｔ２６の経過後から時刻ｔ２７までの間の期間で、二次電池２１に定電圧で充電電流を流す定電圧充電を行う。ここで、時刻ｔ２５の経過後から時刻ｔ２６の間の定電流充電の期間は、定電圧充電の充電開始直前における第２期間となる。そのため、時刻ｔ２３の経過後から時刻ｔ２５の間の定電流充電の期間は、第１期間に出力される第１定電流値Ｉ２１および第２期間に出力される第２定電流値Ｉ２２とは異なる第３定電流値Ｉ２３が出力される第３期間となる。

すなわち、充電器１０は、制御部１が出力回路部３を制御して、時刻ｔ２１から時刻ｔ２６の間、充電電流を段階的に減少させながら定電流充電を行った後、定電圧充電に切替えている。充電器１０は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、制御部１が二次電池２１が満充電になったとして時刻ｔ２７で、二次電池２１への充電を停止させている。

本実施形態の充電器１０は、充電電流の定電流値を段階的に減少させる定電流充電において、第３期間での電圧変化の勾配を二次電池２１の劣化の判別に用いている。充電器１０は、定電流充電中、電圧検出部２により二次電池２１の電圧を測定する。ここで、制御部１は、制御部１に内蔵する計時部により定電流充電を開始した時刻ｔ２１からの時間を計時している。また、制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が予め設定した二次電池２１の電圧Ｖｃと一致するまで第１定電流値Ｉ２１での定電流充電を維持する。制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が電圧Ｖｃと一致した場合、充電電流の定電流値を第１定電流値Ｉ２１から第３定電流値Ｉ２３に減少させて定電流充電を行う。ここで、二次電池２１では、充電電流の定電流値を下げることに伴い二次電池２１の電圧が電圧Ｖｃから電圧Ｖｃ１に電圧低下が生ずる。充電器１０は、二次電池２１の電圧低下した電圧Ｖｃ１の電圧値を検出し、制御部１のメモリ部に記憶させる。また、制御部１は、制御部１に内蔵する計時部により充電電流の定電流値を第１定電流値Ｉ２１から第３定電流値Ｉ２３に下げた時刻ｔ２３を制御部１のメモリ部に記憶させる。

次に、充電器１０は、定電流充電中において、電圧検出部２の検出する電圧が、制御部１に予め設定している電圧Ｖｄと一致するまで第３定電流値Ｉ２３での定電流充電を維持する。制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が電圧Ｖｄと一致した場合、充電電流の定電流値を第３定電流値Ｉ２３から第２定電流値Ｉ２２に減少させて定電流充電を行う。二次電池２１では、定電流充電の電流値を下げることに伴い二次電池２１の電池電圧が電圧Ｖｄから電圧Ｖｄ１に電圧低下が生ずる。制御部１は、計時部により充電電流の定電流値を第３定電流値Ｉ２３から第２定電流値Ｉ２２に下げた時刻ｔ２５を制御部１のメモリ部に記憶させる。その後、制御部１は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、時刻ｔ２６で、定電流充電から定電圧充電に切り替える。また、充電器１０は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、制御部１が二次電池２１が満充電になったとして時刻ｔ２７で、二次電池２１への充電を停止させる。なお、充電器１０は、定電流値の減少時における二次電池２１の電圧低下や電池パック２０側が満充電とする充電終止電圧などを考慮して、適宜に設定された電圧Ｖｃと、電圧Ｖｃよりも電圧が高い電圧Ｖｄとを記憶している。

制御部１は、制御プログラムにもとづいて、二次電池２１の電圧変化（Ｖｄ−Ｖｃ１）と、二次電池２１の電圧が電圧Ｖｃ１から電圧Ｖｄとなるまでの時間（ｔ２４−ｔ２２）とから電圧変化の勾配（（Ｖｄ−Ｖｃ１）／（ｔ２４−ｔ２２））を演算し制御部１のメモリ部に記憶させる。

ここで、二次電池２１は、図７に示すように、定電流充電時における二次電池２１の電気特性が、初期段階の二次電池２１の電気特性（図７中の一点鎖線を参照）から劣化した二次電池２１の電気特性（図７中の実線を参照）へと変化する。初期段階の二次電池２１は、定電流充電中において、時刻ｔ２３で二次電池２１の電池電圧が電圧Ｖｃから電圧低下した電圧Ｖｃ１、時刻ｔ２５において電圧Ｖｄとなる電圧変化の勾配の電気特性を示している。これに対し、劣化した二次電池２１では、内部抵抗の増加などにより、定電流充電中において、時刻ｔ２２で電圧Ｖｃから電圧低下した電圧Ｖｃ２、時刻ｔ２４で電圧Ｖｄとなる。

本実施形態の充電器１０は、定電流充電中の第３期間における電圧変化の勾配が予め設定した所定値以下の場合に、制御部１が二次電池２１が劣化していると判別する。

ここで、充電器１０では、定電流値が段階的に減少する定電流充電の複数の期間のうち、二次電池２１への充電が開始される第１期間において、二次電池２１の残存容量などに起因して電池電圧が変動するなど二次電池２１の劣化の判別に誤判別が生じる懸念がある。

また、充電器１０は、電圧検出部２で二次電池２１の電圧を検出し、二次電池２１への充電を制御している。電池パック２０では、定電圧制御素子２６で二次電池２１の電圧を一定にする信号を制御部１に出力し、定電圧充電の開始や定電圧充電の終了の信号も出力している。ここで、充電器１０は、充電器１０側で二次電池２１の電圧を検出し、電池パック２０は、電池パック２０側で二次電池２１の電圧を検出している。そのため、充電器１０は、定電圧制御素子１５の製造ばらつきなどにより充電器１０側と電池パック２０側との電圧検出値にずれが生じている場合、定電圧充電の充電開始直前となる第２期間が長くなったり、短くなったりする可能性がある。すなわち、充電器１０は、電池パック２０の定電圧制御素子２６からの電圧検出値と、充電器１０の電圧検出部２での電圧検出値とにずれが生じていると、定電圧充電の充電開始直前における第２期間において、二次電池２１の劣化の判別に誤判別が生じる恐れがある。

本実施形態の充電器１０は、過充電などによる二次電池２１への劣化を抑制するため、定電流充電において、充電電流の定電流値を段階的に減少させる複数の期間に分ける充電を行っている。ここで、充電器１０は、二次電池２１への充電が開始される第１期間と定電圧充電の充電開始直前における第２期間との間に、第１期間の第１定電流値および第２期間の第２定電流値とは異なる第３定電流値を出力させる第３期間を設けるように設定している。充電器１０は、第３期間において、電圧変化の勾配を演算し二次電池２１の劣化を判別している。これにより、本実施形態の充電器１０は、二次電池２１の種類や充電開始前の二次電池２１の残存容量によらず、より正確に二次電池２１の劣化を判別することが可能となる。

（実施形態３）
本実施形態の充電器１０は、図５および図６に示す実施形態２の第３期間での電圧変化の勾配を用いる代わりに、第３期間を複数の領域に分け、複数の領域それぞれの複数の勾配を用いて二次電池２１の劣化を判別する点が相違する。なお、本実施形態の充電器１０および充電器１０に接続される電池パック２０は、図１に示す実施形態１の充電器１０および電池パック２０と同様の回路構成としている。本実施形態の充電器１０と、実施形態１，２の充電器１０とは、電圧変化の勾配を演算などする制御部１の制御プログラムが異なっている。ここで、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態の充電器１０では、制御部１は、第３期間を複数の領域に分け、複数の領域それぞれの電圧変化の勾配を演算するとともに、複数の勾配を用いて二次電池２１の劣化の判別を行う。

より具体的には、本実施形態の充電器１０は、図８および図９に示すように、充電開始直後の期間となる時刻ｔ３１から時刻ｔ３２の間を二次電池２１への充電が開始される第１期間として、定電流で充電電流を流す定電流充電を行う。また、充電器１０は、時刻ｔ３２を経過後、充電電流の電流値を減少させて、時刻ｔ３２の経過後から時刻ｔ３３の間の期間において定電流充電を行う。同様に、充電器１０は、時刻ｔ３３を経過後、充電電流の電流値を更に減少させて、時刻ｔ３３の経過後から時刻ｔ３４の間の期間において定電流充電を行う。さらに、充電器１０は、時刻ｔ３４を経過後、充電電流の電流値を更に減少させて、時刻ｔ３４の経過後から時刻ｔ３５の間の期間において定電流充電を行う。そして、充電器１０は、電池パック２０の定電圧制御素子２６からの信号に基づいて、制御部１が出力回路部３を制御することにより、定電流充電から定電圧充電への切替を時刻ｔ３６で行う。すなわち、充電器１０は、時刻ｔ３５の経過後から時刻ｔ３６の間、定電流充電を行う。ここで、時刻ｔ３４の経過後から時刻ｔ３５の間の定電流充電の期間は、定電圧充電の充電開始直前における第２期間となる。そのため、時刻ｔ３２の経過後から時刻ｔ３４の間の定電流充電の期間は、第１期間に出力される第１定電流値Ｉ３１および第２期間に出力される第２定電流値Ｉ３２とは異なる第３定電流値となる定電流値Ｉ３３や定電流値Ｉ３４が出力される第３期間となる。

すなわち、充電器１０は、制御部１が出力回路部３を制御して時刻ｔ３１から時刻ｔ３５の間、充電電流を段階的に減少させながら定電流充電を行った後、定電圧充電に切替えている。充電器１０は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、制御部１が二次電池２１が満充電になったとして時刻ｔ３６で、二次電池２１への充電を停止させている。

本実施形態の充電器１０は、充電電流の定電流値を段階的に減少させる定電流充電において、第３期間での電圧変化の勾配を二次電池２１の劣化を判別に用いている。充電器１０は、定電流充電中、電圧検出部２により二次電池２１の電圧を測定する。ここで、制御部１は、制御部１に内蔵する計時部により定電流充電を開始した時刻ｔ３１からの時間を計時している。また、制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が予め設定した二次電池２１の電圧Ｖｅと一致するまで第１定電流値Ｉ３１での定電流充電を維持する。制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が電圧Ｖｅと一致した場合、充電電流の定電流値を第１定電流値Ｉ３１から第３定電流値の１つである定電流値Ｉ３３に減少させて定電流充電を行う。ここで、二次電池２１では、充電電流の定電流値を下げることに伴い二次電池２１の電圧が電圧Ｖｅから電圧Ｖｅ１に電圧低下が生ずる。充電器１０は、二次電池２１の電圧低下した電圧Ｖｅ１の電圧値を検出し、制御部１のメモリ部に記憶させる。また、制御部１は、制御部１に内蔵する計時部により充電電流の定電流値を第１定電流値Ｉ３１から定電流値Ｉ３３に下げた時刻ｔ３２を制御部１のメモリ部に記憶させる。

続いて、制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が予め設定した二次電池２１の電圧Ｖｆと一致するまで定電流値Ｉ３３での定電流充電を維持する。制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が電圧Ｖｆと一致した場合、充電電流の定電流値を定電流値Ｉ３３から同じく第３定電流値の１つである定電流値Ｉ３４に減少させて定電流充電を行う。ここで、二次電池２１では、充電電流の定電流値を下げることに伴い二次電池２１の電圧が電圧Ｖｆから電圧Ｖｆ１に電圧低下が生ずる。充電器１０は、二次電池２１の電圧低下した電圧Ｖｆ１を検出し、制御部１のメモリ部に記憶させる。また、制御部１は、制御部１に内蔵する計時部により充電電流の定電流値を定電流値Ｉ３３から定電流値Ｉ３４に下げた時刻ｔ３３を制御部１のメモリ部に記憶させる。

同様に、充電器１０は、定電流充電中において、電圧検出部２の検出する電圧が、制御部１に予め設定している電圧Ｖｇと一致するまで定電流値Ｉ３４での定電流充電を維持する。制御部１は、電圧検出部２の検出する電圧が電圧Ｖｇと一致した場合、充電電流の電流値を定電流値Ｉ３４から第２定電流値Ｉ３２に減少させて定電流充電を行う。また、制御部１は、計時部により充電電流の定電流値を定電流値Ｉ３４から第２定電流値Ｉ３２に下げた時刻ｔ３４を制御部１のメモリ部に記憶させる。その後、制御部１は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、時刻ｔ３５で、定電流充電から定電圧充電に切り替える。また、充電器１０は、電池パック２０に設けられた定電圧制御素子２６からの信号により、制御部１が二次電池２１が満充電になったとして時刻ｔ３６で、二次電池２１への充電を停止させる。

制御部１は、制御プログラムにもとづいて、二次電池２１の電圧変化（Ｖｆ−Ｖｅ１）と、二次電池２１の電圧が電圧Ｖｅ１から電圧Ｖｆとなるまでの時間（ｔ３３−ｔ３２）とから電圧変化の勾配（（Ｖｆ−Ｖｅ１）／（ｔ３３−ｔ３２））を演算し制御部１のメモリ部に記憶させる。同様に、制御部１は、制御プログラムにもとづいて、二次電池２１の電圧変化（Ｖｇ−Ｖｆ１）と、二次電池２１の電圧が電圧Ｖｆ１から電圧Ｖｇとなるまでの時間（ｔ３４−ｔ３３）とから電圧変化の勾配（（Ｖｆ−Ｖｅ１）／（ｔ３４−ｔ３３））を演算し制御部１のメモリ部に記憶させる。

本実施形態の充電器１０の制御部１は、たとえば、図９の三角印の間で示す電圧変化の勾配（Ｖｆ−Ｖｅ１）と、図９の丸印の間で示す電圧変化の勾配（Ｖｇ−Ｖｆ１）との比率を演算する。

本実施形態の充電器１０は、定電流充電中の第３期間における電圧変化の勾配の比率が予め設定した所定値以下の場合に、制御部１が二次電池２１が劣化していると判別する。

本実施形態の充電器１０は、制御部１が第３期間の複数の領域それぞれの電圧変化の勾配を演算するとともに、複数の勾配の比率を用いて二次電池２１の劣化を判断している。本実施形態の充電器１０は、複数の勾配の比率を用いて二次電池２１の劣化を判別することによって、勾配のばらつきを小させて、二次電池２１における劣化の判別の精度を高くすることが可能となる。

なお、本実施形態の充電器１０と接続させる電池パック２０は、電池パック２０の工場出荷時を１回目として電圧変化の勾配を記憶している。また、本実施形態の充電器１０は、接続される電池パック２０の記憶素子２７に、表１で示すような二次電池２１の充電回数と、充電回数に対応する電圧変化の勾配とを記憶させていく。

記憶素子２７は、二次電池２１の充電回数や充電回数に対応する電圧変化の勾配を記憶させるだけでなく、二次電池２１の満充電時の電池電圧、過放電を防止するための放電終止電圧や過充電を防止するための充電終止電圧などを記憶させておいてもよい。

本実施形態の充電器１０は、二次電池２１の充電時に、記憶素子２７と電気的に接続された電池パック２０側の端子２５と、制御部１と電気的に接続された充電器１０側の端子１５とが接続される。

充電器１０は、制御部１が、二次電池２１を備えた電池パック２０側に設けられた記憶素子２７に記憶された充電回数と充電回数に対応付けた電圧変化の勾配とから、初期段階からの電圧変化の勾配の変化によって二次電池２１の劣化の判別を行うことができる。本実施形態の充電器１０は、電池パック２０ごとに記憶素子２７を持たせ、二次電池２１の充電回数に対応付けた電圧変化の勾配を検知できれば、初期段階より内部抵抗の高い二次電池２１や逆に内部抵抗が低い二次電池２１など二次電池２１ごとのばらつきを打ち消すことができる。

言い換えれば、本実施形態の充電器１０の制御部１は、記憶素子２７に記憶された、充電回数が所定回数以下の初期段階の勾配と初期段階よりも充電回数の多い段階の勾配とを比較して、二次電池２１の劣化を判別している。そのため、本実施形態の充電器１０は、電池パック２０ごとの二次電池２１の初期段階の勾配のばらつきを排除することが可能となる。本実施形態の充電器１０は、二次電池２１における劣化の判別の精度をさらに高めることが可能となる。

１ 制御部
２ 電圧検出部
３ 出力回路部
６ 報知部
１０ 充電器
２１ 二次電池
２７ 記憶素子

Claims (5)

1. 二次電池へ充電電流を出力する出力回路部と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、定電流で前記充電電流を流す定電流充電と該定電流充電後に定電圧で前記充電電流を流す定電圧充電とを行うように前記出力回路部を制御する制御部とを有する充電器であって、
   前記制御部は、前記定電流充電中に、前記電圧検出部が検出する前記第１電圧と、該第１電圧を検出後に前記電圧検出部が検出する第２電圧と、前記第１電圧の検出時から前記第２電圧の検出時までの時間とに基づいて該時間における前記第１電圧と前記第２電圧との電圧変化の勾配を演算し、前記勾配が所定値以下の場合に前記二次電池が劣化していると判別することを特徴とする充電器。
2. 前記定電流充電は、前記充電電流の定電流値を段階的に減少させる複数の期間で行われ、少なくとも、前記二次電池への充電が開始される第１期間と、前記定電圧充電の充電開始直前における第２期間と、前記第１期間と前記第２期間との間であって前記出力回路部から前記第１期間に出力される第１定電流値および前記第２期間に出力される第２定電流値とは異なる第３定電流値を出力させる第３期間とを含み、前記制御部は、前記第３期間の前記勾配を演算することを特徴とする請求項１に記載の充電器。
3. 前記制御部は、前記第３期間を複数の領域に分け、該複数の領域それぞれの前記勾配を演算するとともに、複数の前記勾配を用いて前記判別をすることを特徴とする請求項２に記載の充電器。
4. 前記二次電池を有する電池パックに記憶素子が設けられており、前記制御部は、前記記憶素子に前記二次電池への充電回数と該充電回数における前記二次電池の前記勾配とを対応付けて記憶させるとともに、充電回数が所定回数以下の初期段階の前記勾配と前記初期段階よりも充電回数の多い段階の前記勾配とを比較して、前記電池パックごとの前記二次電池の前記初期段階の前記勾配のばらつきを排除することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の充電器。
5. 前記判別した結果を外部に報知する報知部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の充電器。

Images