JP2013062905A - 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該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、充電電流の定電流値を段階的に減少させ、定電流値を替えた際に電圧検出部２で検出される二次電池２１の電圧の電圧低下の値が所定値以上の場合に二次電池２１が劣化したと判別するものであり、電圧低下の値が、定電流値を替えた第１切替時の際に生ずる二次電池２１の第１電圧低下値と、第１切替時とは異なる定電流値を替えた第２切替時の際に生ずる二次電池２１の第２電圧低下値とである。
【選択図】図１

Description

本発明は、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それぞれ正確に測定して内部抵抗を算出する必要があり、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、上記充電電流の定電流値を段階的に減少させ、上記定電流値を替えた際に上記電圧検出部で検出される上記二次電池の電圧の電圧低下の値が所定値以上の場合に上記二次電池が劣化したと判別するものであり、上記電圧低下の値が、上記定電流値を替えた第１切替時の際に生ずる上記二次電池の第１電圧低下値と、該第１切替時とは異なる上記定電流値を替えた第２切替時の際に生ずる上記二次電池の第２電圧低下値とであることを特徴とする。

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電圧低下の値とを対応付けて記憶させ、充電回数が所定回数以下の初期段階の上記電圧低下の値に基づいて上記初期段階よりも充電回数の多い段階の上記電圧低下の値とを比較して、上記電池パックごとの上記二次電池の初期段階の上記電圧低下の値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。 同上の充電器で充電する二次電池の基礎となる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基礎となる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基礎となる電気特性を説明する説明図である。

（実施形態１）
図１ないし図３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、図２や図３に示す如く、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、充電電流の定電流値を段階的に減少させ、定電流値を替えた際に電圧検出部２で検出される二次電池２１の電圧低下の値が所定値以下の場合に二次電池２１が劣化したと判別する。ここで、電圧低下の値は、定電流値を替えた第１切替時の際に生ずる二次電池２１の第１電圧低下値と、第１切替時とは異なる定電流値を替えた第２切替時の際に生ずる二次電池２１の第２電圧低下値とである。制御部１は、第１電圧低下値と第２電圧低下値とを用いて二次電池２１が劣化しているか否かの判別の精度を高めている。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。

まず、最初に本実施形態の充電器１０の基礎となる動作を、図４ないし図６を用いて説明する。

充電器１０は、図４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ｔ１４で行う（図５を参照）。すなわち、充電器１０は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４の間、定電流充電を行う。充電器１０では、定電流充電中に、二次電池２１の充電が進めば二次電池２１の電池電圧が徐々に増加する。なお、二次電池２１は、定電流充電中に充電電流値が定電流値Ｉ１１から定電流値Ｉ１２に替わる時刻ｔ１３の際に、電圧が電圧Ｖａから電圧Ｖａ１に低下する。

また、充電器１０は、定電流充電後となる時刻ｔ１４の経過時点から時刻ｔ１５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では、定電圧充電中に、二次電池２１の充電が進めば二次電池２１へ流れる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ｔ１５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６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６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６中の実線を参照）へと変化する。初期段階の二次電池２１は、定電流値Ｉ１１で定電流充電中に、時刻ｔ１３で二次電池２１の電池電圧が電圧Ｖａとなる。充電器１０は、制御部１が出力回路部３を制御して、二次電池２１の電池電圧が電圧Ｖａとなった時刻ｔ１３で定電流値を定電流値Ｉ１１から定電流値Ｉ１２へ減少させる（図４を参照）。初期段階の二次電池２１は、充電電流の定電流値が定電流値Ｉ１１から定電流値Ｉ１２に替わった際に電圧低下が生じ、電圧低下の値（Ｖａ−Ｖａ１）となる特性を示す。

これに対し、劣化した二次電池２１では、定電流値Ｉ１１で定電流充電中に、時刻ｔ１２で二次電池２１の電池電圧が電圧Ｖａとなる。充電器１０は、制御部１が出力回路部３を制御して、二次電池２１の電池電圧が電圧Ｖａとなった時刻ｔ１２で定電流値を定電流値Ｉ１１から定電流値Ｉ１２へ減少させる。劣化した二次電池２１は、充電電流の定電流値が定電流値Ｉ１１から定電流値Ｉ１２に替わった際に電圧降下が生じ、電圧低下の値（Ｖａ−Ｖａ２）となる特性を示す。そのため、劣化した二次電池２１の電圧低下の値は、初期段階の二次電池２１の電圧低下の値と比較して、電圧低下の値が増加する傾向を示す（図６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を制御部１に内蔵した計時部で計時している。そして、制御部１は、電圧Ｖａの検出時となる時刻ｔ１２における電圧Ｖａと電圧Ｖａ２との電圧低下の値を演算している。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が電圧低下の値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の電池電圧を測定し、予め設定した時刻における電圧低下の値を演算するものでもよい。

充電器１０は、定電流充電中に定電流値を替えた際に生ずる電圧低下の値が予め設定した所定値以上の場合に、制御部１が、二次電池２１が劣化していると判別することができる。充電器１０は、定電流充電中に定電流値を替えた際に生ずる電圧低下の値により、二次電池２１の劣化を判別するため、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、充電器１０は、二次電池２１の定電流充電中における電圧低下の値の特性を利用して、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ことができる。

ここで、充電器１０は、二次電池２１の劣化に伴う電圧低下の値の初期段階からの変化が極めて小さい場合、電圧検出部２の検出誤差などにより二次電池２１の劣化の判別の精度が低下する恐れがある。本実施形態の充電器１０は、定電流充電中に、充電電流の定電流値を段階的に減少させ、定電流値を替えた際に生ずる電圧低下の値を複数用いて演算することにより、二次電池２１の劣化の判別の精度を高めている。本実施形態の充電器１０は、たとえば、電圧低下の２つの値を第１電圧低下値、第２電圧低下値として、第１電圧低下値および第２電圧低下値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ができる。

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の交流電圧を整流回路部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、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、演算した電圧低下の値と比較する所定値を記憶させるメモリ部を備えている。メモリ部は、電圧低下が電圧検出部２で検出されたときの計時部の時刻も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、２つの抵抗器を直列接続させた回路を端子１３，１３間に並列接続させ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の交流電圧が整流回路部４で整流されて印加される。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へ出力する電圧を安定化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、定電圧直流電源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低下の値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の電圧低下の値とを対応付けて記憶させられている。

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低下の値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。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、より詳細に説明する。

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。本実施形態の充電器１０では、定電流充電中に、充電電流の定電流値を段階的に減少させている。

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で、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を可能としている。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。

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２および図３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ｔ２２の間を二次電池２１への充電が開始され、定電流値Ｉ２１の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ｔ２２を経過時点から充電電流の電流値を定電流値Ｉ２１から定電流値Ｉ２３に減少させて、時刻ｔ２２の経過時点から時刻ｔ２３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ｔ２３を経過時点から充電電流の電流値を定電流値Ｉ２３から定電流値Ｉ２４に更に減少させて、時刻ｔ２３の経過時点から時刻ｔ２４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ｔ２４を経過時点から充電電流の電流値を定電流値Ｉ２４から定電流値Ｉ２２に更に減少させる。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ｔ２５で行う。充電器１０は、時刻ｔ２５の経過時点から時刻ｔ２６の間、定電流充電を行う。

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ｔ２５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ｔ２６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、定電流値を替え際に電圧検出部２で検出される二次電池２１の電圧の電圧低下の値を二次電池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Ｖｅに達したか否かを判定する。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に達するまで定電流値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Ｖｅ以上と判定した場合、充電電流の定電流値を定電流値Ｉ２１から定電流値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の電圧の電圧低下直前の電圧Ｖｅと電圧低下後の最小値である電圧Ｖｅ１とを検出し、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Ｉ２１から定電流値Ｉ２３に下げた時刻ｔ２２を制御部１のメモリ部に記憶させる。

続いて、充電器１０は、定電流充電を継続し定電流充電中に、電圧検出部２の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電圧Ｖｆに達したか否かを判定する。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に達するまで定電流値Ｉ２３での定電流充電を維持する。制御部１は、電圧検出部２の検出している電圧が電圧Ｖｆ以上と判定した場合、充電電流の定電流値を定電流値Ｉ２３から定電流値Ｉ２４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の電圧低下直前の電圧Ｖｆと電圧低下後の最小値である電圧Ｖｆ１とを検出し、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Ｉ２３から定電流値Ｉ２４に下げた時刻ｔ２３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に達するまで定電流値Ｉ２４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以上と判定した場合、充電電流の電流値を定電流値Ｉ２４から定電流値Ｉ２２に減少させて定電流充電を行う。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ｔ２５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からの信号により二次電池２１が満充電になったとして時刻ｔ２５で、制御部１が二次電池２１への充電を停止させる。

次に、制御部１は、制御プログラムにもとづいて、定電流値を替えた第１切替時の際に生ずる二次電池２１の第１電圧低下値（Ｖｅ−Ｖｅ１）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、第１切替時とは異なる定電流値を替えた第２切替時の際に生ずる二次電池２１の第２電圧低下値（Ｖｆ−Ｖｆ１）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、電圧低下の値である第１電圧低下値および第２電圧低下値をそれぞれ出力する。制御部１は、充電回数および充電回数に対応する電圧低下の値などを、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。

次に、本実施形態の充電器１０の制御部１は、たとえば、図３の三角印の間で示す第１電圧低下値（Ｖｅ−Ｖｅ１）と、図３の丸印の間で示す第２電圧低下値（Ｖｆ−Ｖｆ１）との比率（（Ｖｅ−Ｖｅ１）／（Ｖｆ−Ｖｆ１））を演算する。

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低下の値の比率（（Ｖｅ−Ｖｅ１）／（Ｖｆ−Ｖｆ１））とを比較する。本実施形態の充電器１０は、演算した電圧低下の値の比率（（Ｖｅ−Ｖｅ１）／（Ｖｆ−Ｖｆ１））が、予め記憶させた所定値以上の場合、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。

本実施形態の充電器１０は、制御部１が複数の電圧低下の値および複数の電圧低下の値の比率を演算するとともに、複数の電圧低下の値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、複数の電圧低下の値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、電圧低下の値のばらつきを小さくさせて、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では、第１電圧低下値として（Ｖｅ−Ｖｅ１）、第２電圧低下値として（Ｖｆ−Ｖｆ１）を用いたがこれだけに限られない。したがって、充電器１０は、たとえば、第１電圧低下値として（Ｖｆ−Ｖｆ１）、第２電圧低下値として第１電圧低下値と同様にして演算等させた図３の四角印の間で示す電圧低下の値（Ｖｇ−Ｖｇ１）を用いてもよい。充電器１０は、第１電圧低下値として（Ｖｅ−Ｖｅ１）、第２電圧低下値として（Ｖｆ−Ｖｆ１）、第３電圧低下値として（Ｖｇ−Ｖｇ１）を用いてもよい。また、充電器１０は、たとえば、第１電圧低下値（Ｖｅ−Ｖｅ１）、第２電圧低下値（Ｖｆ−Ｖｆ１）、第３電圧低下値（Ｖｇ−Ｖｇ１）の平均値が予め制御部１のメモリ部に記憶させた所定値以上であれば、二次電池２１が劣化したと判別することができる。

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ｔ２５の経過時点から時刻ｔ２６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では、初期段階の二次電池２１と比較して、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時間などを推測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、実施形態１の定電流充電での電圧低下の値をそのまま用いる代わりに、充電回数が所定回数以下の初期段階の電池パック２０ごとの二次電池２１の電圧低下の値のばらつきを排除して二次電池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、電圧低下の値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、充電器１０が充電する電池パック２０は、二次電池２１を有する電池パック２０に記憶素子２７が設けられている。制御部１は、記憶素子２７に二次電池２１への充電回数と該充電回数における二次電池２１の電圧低下の値とを対応付けて記憶させる。充電器１０は、充電回数が所定回数以下の初期段階の電圧低下の値に基づいて初期段階よりも充電回数の多い段階の電圧低下の値とを比較する。これにより、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の初期段階の電圧低下の値のばらつきを排除することを可能としている。

以下、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、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。

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の工場出荷前の段階の充電を充電回数の１回目として電圧低下の値を記憶している。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、たとえば、表１で例示するような二次電池２１の充電回数と、充電回数に対応する電圧低下の値とを記憶させていく。

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の初期段階の電圧低下の値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低下の値との差分を小さくする補正係数を、実施形態１と同様にして演算した電圧低下の値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の初期段階の電圧低下の値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電圧低下の値から、基準値と初期段階の電圧低下の値との差分を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の初期段階の電圧低下の値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電圧低下の値に、基準値と初期段階の電圧低下の値との差分を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の初期段階の電圧低下の値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電池パック２０ごとに補正してもよい。

充電器１０は、電池パック２０ごとの二次電池２１の初期段階の電圧低下の値のばらつきを排除した電池低下の値が所定値以上の場合に二次電池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電圧低下の値と初期段階よりも充電回数の多い段階の電圧低下の値とを比較して、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低下の値を検知することにより、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。すなわち、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の初期段階の電圧低下の値のばらつきを排除し、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 (3)

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、前記充電電流の定電流値を段階的に減少させ、前記定電流値を替えた際に前記電圧検出部で検出される前記二次電池の電圧の電圧低下の値が所定値以上の場合に前記二次電池が劣化したと判別するものであり、前記電圧低下の値が、前記定電流値を替えた第１切替時の際に生ずる前記二次電池の第１電圧低下値と、該第１切替時とは異なる前記定電流値を替えた第２切替時の際に生ずる前記二次電池の第２電圧低下値とであることを特徴とした充電器。
2. 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電圧低下の値とを対応付けて記憶させ、充電回数が所定回数以下の初期段階の前記電圧低下の値に基づいて前記初期段階よりも充電回数の多い段階の前記電圧低下の値とを比較して、前記電池パックごとの前記二次電池の初期段階の前記電圧低下の値のばらつきを排除することを特徴とする請求項１に記載の充電器。
3. 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または請求項２に記載の充電器。

Images