JP2014137890A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池を冷却するファンを備えた充電装置において、無駄な冷却が行われることを抑制し、充電装置の消費電力を低減できるようにする。
【解決手段】充電装置は、バッテリパック内のバッテリの充電が完了すると、バッテリの冷却性能（冷却のされ易さ）を表す冷却係数αを取得し（Ｓ１１０）、その取得した冷却係数αを用いて、ファンを動作させるべき時間の上限である最大冷却時間Ｔｍを算出する（Ｓ１８０）。充電完了後、ファンを動作させるべき所定の冷却実行条件が成立していても、充電完了から最大冷却時間Ｔｍが経過した場合は（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、ファンを停止させる（Ｓ２８０）。
【選択図】図５

Description

本発明は、二次電池を充電する充電装置に関する。

電動工具等の電源として、繰り返し充電可能な二次電池が用いられている。二次電池の充電の際、充電電流の大きさなどの諸条件にもよるが、二次電池が高温になってその寿命や性能に影響が生じるおそれがある。そのため、二次電池を充電する充電装置として、ファンで二次電池へ送風することにより二次電池を冷却する機能を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載されている充電装置では、充電完了後、二次電池の温度や温度勾配（温度の微分値）に応じてファンによる冷却の継続・停止が決定される。ただし、各種環境要因等によっては、温度や温度勾配がファンの停止条件に至らずにファンが回り続ける可能性がある。そのため、充電完了からの経過時間をタイマで計時し、一定時間経過したらファンを停止させるようにしている。

特許第３８８３３９５号公報

特許文献１に記載の充電装置では、上記のように、温度や温度勾配によってはファンが停止しない場合、充電完了から一定時間経過（タイムアウト）するまではファンが回り続けるため、無駄な冷却が行われてしまうおそれがある。つまり、ある時点でファンを回す必要がない状態になったとしても、温度や温度勾配がファンの停止条件に至らない限り、タイマがタイムアウトするまでファンが回り続けてしまい、その場合、無駄な冷却が行われてしまうことになる。無駄な冷却は充電装置において無駄な電力消費となり、充電装置での消費電力が必要以上に増大してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、二次電池を冷却するファンを備えた充電装置において、無駄な冷却が行われることを抑制し、充電装置の消費電力を低減できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の充電装置は、二次電池へ電力を供給して二次電池を充電する充電部と、二次電池を冷却するために二次電池へ送風を行うファンと、充電部による充電開始後、予め決められた冷却実行条件が成立している場合にファンを動作させ、充電部による二次電池の充電完了後、冷却実行条件が成立していても充電完了から所定の最大冷却時間が経過した場合はファンを停止させる制御部と、充電部による充電対象の二次電池について、その二次電池の冷却のされ易さを表す冷却性能情報を取得する冷却性能情報取得部と、冷却性能情報取得部が取得した冷却性能情報に基づいて最大冷却時間を設定する設定部とを備えることを特徴とする。

このように構成された本発明の充電装置によれば、最大冷却時間が冷却性能情報に基づいて設定されるため、二次電池毎にその二次電池の冷却性能情報に基づいた適切な最大冷却時間を設定することができる。そのため、無駄な冷却が行われることを抑制でき、充電装置の消費電力を低減することができる。

設定部は、最大冷却時間を、冷却性能情報に加え、電池温度及び環境温度に基づいて設定するようにしてもよい。即ち、充電装置は、二次電池の温度である電池温度を取得する電池温度取得部と、二次電池の周囲の温度である環境温度を取得する環境温度取得部とを備え、設定部は、二次電池の充電完了後、電池温度取得部が取得した電池温度及び環境温度取得部が取得した環境温度に基づいて最大冷却時間を設定する。

二次電池の冷却性能情報に加えて充電完了後の電池温度と環境温度を考慮することで、充電完了後に最大どの程度の時間ファンを動作させれば二次電池を所望の温度レベルまで冷却させることができるか（即ち最大冷却時間）を、精度良く求めることができる。

設定部による最大冷却時間のより具体的な設定方法は種々考えられ、例えば、電池温度が所定の規定温度以下になったらファンが停止されるようにその規定温度に基づいて最大冷却時間を設定するようにしてもよい。また例えば、電池温度の変化率が０以下の所定の規定変化率以上になったらファンが停止されるようにその規定変化率に基づいて最大冷却時間を設定するようにしてもよい。

規定温度に基づいて最大冷却時間を設定する方法によれば、電池温度が規定温度以下に低下するまでの推定時間が最大冷却時間として設定されることになる。そのため、電池温度が規定温度を下回ってもファンが動作し続けてしまうことを抑制でき、より効果的に消費電力を低減することができる。

規定変化率に基づいて最大冷却時間を設定する方法によれば、電池温度の変化率が規定変化率以上になるまでの推定時間が最大冷却時間として設定されることになる。そのため、電池温度の変化率が規定推定率を超えてもファンが動作し続けてしまうことを抑制でき、より効果的に消費電力を低減することができる。

冷却性能情報取得部が二次電池の冷却性能情報をどこから取得するかについては種々考えられるが、例えば、二次電池から取得するようにしてもよい。即ち、二次電池には、その二次電池の冷却性能情報が記憶された記憶部が設けられており、冷却性能情報取得部は、その記憶部から冷却性能情報を取得する。

このように、二次電池の冷却性能情報はその二次電池自身に記憶させておいて、充電装置は充電対象の二次電池からその二次電池の冷却性能情報を取得するようにすることで、充電対象の二次電池の冷却性能情報を確実且つ容易に取得することができる。

二次電池によっては、充電装置側からの送風によって自身を冷却させることができないような構成になっている（即ち外部からの送風を受け入れて自身を冷却させるための冷却機構を備えていない）ものもある。

そこで、本発明の充電装置は、二次電池に、ファンからの送風を受けることでその二次電池を冷却させるための冷却機構が設けられているか否かを判断する冷却機構判断部を備え、制御部は、冷却機構判断部により二次電池に冷却機構が設けられていないと判断された場合は、少なくとも二次電池の充電完了後はファンを動作させないような構成としてもよい。

冷却機構を持たない二次電池を充電する際には少なくとも二次電池の充電完了後はファンを動作させないようにすることで、ファンの無駄な動作を抑制でき、その分、充電装置の消費電力を低減することができる。

本発明の充電装置は、更に、次のように構成してもよい。即ち、二次電池の温度の変化率を演算する変化率演算部を備え、制御部は、充電完了後、変化率演算部により演算された変化率が負の値となっている場合に、その変化率が０より小さい所定の変化率負閾値以上になった場合は、充電完了から最大冷却時間が経過する前であってもファンを停止させる。

冷却によって電池温度が低下していく過程では、通常、電池温度の変化率（負の変化率）は徐々に大きく（つまり緩やかに）なっていく。温度低下がある程度緩やかになると、消費電力と冷却効率のバランスが悪化する（消費電力に見合った冷却効果が得られにくくなる）。そのため、変化率負閾値を設定しておいて、変化率がその変化率負閾値以上になったら最大冷却時間の経過如何にかかわらずファンを停止させることで、二次電池を適切に冷却しつつ消費電力を効果的に低減することができる。

本発明の充電装置は、更に、次のように構成してもよい。即ち、二次電池の温度の変化率を演算する変化率演算部を備え、制御部は、変化率演算部により演算された変化率が０以上の所定の変化率正閾値以上になった場合は、充電完了から最大冷却時間が経過する前であってもファンを停止させる。

例えば二次電池の周囲の温度が電池温度よりも高い場合、ファンによる送風を受けても電池温度は低下しなかったり、送風によって冷却ではなくむしろ加熱されてしまうおそれがある。そこで、変化率正閾値を設定しておいて、変化率がその変化率正閾値以上になったら最大冷却時間の経過如何にかかわらずファンを停止させることで、二次電池の温度上昇を防ぎつつ消費電力を効果的に低減することができる。

実施形態のバッテリパック及び充電装置の外観を表す斜視図である。 実施形態のバッテリパック及び充電装置の電気的構成を表す回路図である。 冷却中のバッテリの温度変化例を表すバッテリ冷却特性図である。 冷却係数αの設定例を表す説明図である。 充電装置で実行される充電・ファン制御処理を表すフローチャートである。 温度減衰定数マトリクスの一例を表す説明図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態を採り得る。また、下記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態であり、下記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。

［第１実施形態］
図１を用いて、本実施形態のバッテリパック１０及び充電装置２０の構成を説明する。本発明が適用された実施形態のバッテリパック１０は、充電装置２０に装着されることで、内蔵されているバッテリ３０（図２参照）が充電される。バッテリパック１０は、充電式インパクトドライバや充電式ドライバドリルなどの電動工具に着脱自在に装着され、その電動工具に駆動用の電力を供給するために用いられる。

１．バッテリパック１０及び充電装置２０の概要
図１に示すように、バッテリパック１０の一側面には、充電装置２０の充電側装着部２７或いは電動工具の工具本体に着脱自在に装着されるバッテリ側装着部１７が形成されている。バッテリ側装着部１７における所定の位置には、充電装置２０の充電側ターミナル２６或いは工具本体の工具側ターミナル（図示略）と電気的に接続されるバッテリ側ターミナル１６や、充電装置２０からの送風をバッテリパック１０の内部に取り込むための通気口１８が設けられている。

バッテリ側ターミナル１６は、充放電電流が通電されるバッテリ側正極端子１１及びバッテリ側負極端子１２や、バッテリ側信号端子群１３を備えた構成となっている。バッテリ側信号端子群１３は、少なくとも制御電圧入力端子４１、バッテリ側共通信号端子４２及び電池温度出力端子４３（いずれも図２参照）を含む複数の端子からなる。

通気口１８は、バッテリパック１０が充電装置２０に装着されたときに充電装置２０の送風口２９と互いに向き合うように形成されている。これにより、充電装置２０に内蔵されているファン５３（図２参照）が動作（回転）すると、そのファン５３によって充電装置２０の送風口から空気が吹き出され、バッテリパック１０の通気口１８を経てバッテリパック１０の内部に流入する。この流入する空気によって、バッテリパック１０に内蔵されたバッテリ３０が冷却される。

充電装置２０は、図示しない外部電源（本実施形態ではＡＣ１００Ｖ電源）から、バッテリパック１０内のバッテリ３０を充電するための充電用直流電源（充電電力）を生成するものである。充電装置２０は、上面の一端側に、バッテリパック１０が装着される充電側装着部２７が形成されており、この充電側装着部２７における所定の位置（充電側装着部２７の内部）に、充電側ターミナル２６や、バッテリパック１０のバッテリ３０を冷却するための空気を送出する送風口２９が設けられている。

充電側ターミナル２６は、バッテリパック１０へ充電用直流電源を供給するための充電側正極端子２１及び充電側負極端子２２や、充電側信号端子群２３を備えた構成となっている。なお、充電側信号端子群２３は、少なくとも制御電圧出力端子６１、充電側共通信号端子６２及び電池温度入力端子６３（いずれも図２参照）を含む複数の端子からなる。

送風口２９は、充電装置２０に内蔵されているファン５３の動作により発生する空気を吹き出させるためのものである。充電装置２０にバッテリパック１０が装着された状態でファン５３が動作し、送風口２９から空気が吹き出すと、その吹き出した空気はバッテリパック１０の通気口１８からバッテリパック１０の内部に流入する。

また、充電装置２０には、当該充電装置２０の動作状態やバッテリパック１０の充電状態等を外部へ表示するための、３つのＬＥＤを備えた表示部２８が設けられている。
このように構成された充電装置２０に対し、充電側装着部２７及びバッテリ側装着部１７を介して、バッテリパック１０を装着すると、バッテリパック１０のバッテリ側ターミナル１６と充電装置２０の充電側ターミナル２６とが電気的に接続される。

より詳しくは、バッテリパック１０のバッテリ側正極端子１１が充電装置２０の充電側正極端子２１と接続され、バッテリパック１０のバッテリ側負極端子１２が充電装置２０の充電側負極端子２２と接続される。また、バッテリパック１０のバッテリ側信号端子群１３を構成する各端子４１，４２，４３が、それぞれ、充電装置２０の充電側信号端子群２３を構成する各端子６１，６２，６３と接続される（図２参照）。これにより、充電装置２０からバッテリパック１０内のバッテリ３０への充電が可能な状態となる。

２．バッテリパック１０の電気的構成
次に、図１に示したバッテリパック１０の回路構成を、図２を用いて説明する。図２に示すように、バッテリパック１０は、バッテリ３０と、バッテリ３０の状態監視や充放電制御を行うバッテリ制御マイコン３１と、バッテリ３０の温度（以下「電池温度」という）を検出するためのサーミスタ３２とを備えている。

バッテリ３０は、複数（本実施形態では４つ）の電池セル１，２，３，４が直列接続されて構成されている。バッテリ３０の正極はバッテリ側正極端子１１に接続され、バッテリ３０の負極はバッテリ側負極端子１２に接続されている。本実施形態では、各電池セル１，２，３，４はいずれもリチウムイオン二次電池であるが、これはあくまでも一例であり、他の種類の二次電池であってもよい。

サーミスタ３２は、バッテリ３０の近傍に設けられ、電池温度を検出してその検出信号をバッテリ制御マイコン３１に出力する。電池温度を検出するためにサーミスタ３２を用いるのはあくまでも一例であり、他のセンサ或いは検出方法によって電池温度を検出するようにしてもよい。このことは、後述する充電装置２０のサーミスタ５２も同様である。

バッテリ制御マイコン３１は、ＣＰＵ３１ａやメモリ３１ｂなどを中心に構成されたマイクロコンピュータである。メモリ３１ｂは、より詳しくは、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリなどの各種記憶デバイスにより構成されている。

バッテリ制御マイコン３１は、充電装置２０に装着されて充電装置から制御電圧Ｖｃｃが供給されると、その制御電圧Ｖｃｃにより動作し、メモリ３１ｂに記憶された各種プログラムに従って各種制御を実行する。メモリ３１ｂには、各種プログラムのほか、充電装置２０で用いられる冷却係数αも記憶されている。

ここで、冷却係数αについて説明する。ある値の電池温度のバッテリを自然冷却或いはファン等による強制冷却した場合の、冷却時間と電池温度との関係は、一般に図３に示すような特性（バッテリ冷却特性）になることが、実験的に明らかになっている。図３は、冷却性能（冷却のされ易さ）が異なる４種類のバッテリについてそれぞれその冷却特性を示したものである。同じ冷却時間に対して温度低下が大きいものほど冷却性能が高く、同じ冷却時間に対して温度低下が小さいものほど冷却性能が低い。

図３に示したバッテリ冷却特性は、次式（１）で近似することができる。
Ｔ（ｔ）＝Ｔｓ＋（Ｔ（０）−Ｔｓ）＊ＥＸＰ（−α＊ｔ） ・・・（１）
なお、式（１）において、ｔは冷却開始からの経過時間（秒）、Ｔ（ｔ）は冷却開始からｔ（秒）経過後の電池温度、Ｔ（０）は冷却開始時の初期の電池温度、Ｔｓはバッテリパック１０の周囲の温度（ひいてはバッテリ３０の周囲の温度）である環境温度、αは冷却係数である。

冷却係数αは、バッテリの冷却のされ易さ（冷却性能）を表す情報であり、本実施形態では、数値が大きいほど冷却性能が高く（冷却されやすく）、数値が小さいほど冷却性能が低い（冷却されにくい）という性質を持っている。

冷却係数αは、バッテリに固有のものであり、本実施形態のバッテリパック１０においても、バッテリ３０固有の冷却係数αがメモリ３１ｂに記憶されている。バッテリ３０の冷却係数αは、例えばバッテリ３０の容積や、バッテリパック１０内における空間の容積、バッテリパック１０の筐体（ケース）の比熱、バッテリ３０を構成する各電池セル１，２，３，４の比熱、充電装置２０のファン５３によりバッテリパック１０内に流入する空気のバッテリパック１０内における流量や流速などの、バッテリパック１０における種々の特定、仕様、条件等によって定まるものである。

例えば各電池セル１，２，３，４の比熱と冷却係数αとの関係は、図４（ａ）に示すように、比熱が大きいほど冷却性能は低くなる。逆に、例えばバッテリパック１０内の空間の容積に対しては、その空間の容積が大きいほど冷却性能は高くなる。

冷却係数αは、理論的に求めても良いし、実験的に求めても良い。実験的に求める場合、例えば、環境温度及び電池温度をそれぞれ規定の温度にした上でファン５３を動作させ、その際の電池温度の変化を計測して、その計測結果を用いた所定の演算により求めることができる。

図４（ｂ）に、同じ大きさ・形状のバッテリパック内に異なる４種類のバッテリＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを収容した場合の、各バッテリの冷却係数αの演算結果の一例を示す。ただし、バッテリＤを収容するバッテリパックには通気口が形成されていない。つまり、バッテリＤを収容するバッテリパックには、充電装置からの送風による冷却機構が備えられていない。冷却機構が設けられていないバッテリＤの冷却性能は他の各バッテリＡ，Ｂ，Ｃに比べて最も低く、その冷却係数αは本実施形態では０である。換言すれば、冷却係数αが０ということは冷却機構が設けられていないということを意味している。

なお、上記式（１）において冷却係数αを０とすると、時間経過によらず電池温度は変化しないという演算結果になるが、実際には、冷却機構が設けられていないバッテリパックでも、バッテリパック表面から自然冷却される。つまり、実際上は冷却係数αが０ということはない。ただし本実施形態では、演算を容易にするため、冷却機構が備えられていないバッテリパックの冷却係数αは０としている。

図４（ｂ）に示すように、冷却性能が高いほど冷却係数αも大きくなり、同じ冷却条件下において最も早く冷却が進む。本実施形態のバッテリ３０の冷却係数αについても、理論的或いは実験的に予め演算されて、メモリ３１ｂに記憶されている。

バッテリ制御マイコン３１が実行する各種処理の中には、充電装置２０からの要求に応じて、サーミスタ３２からの検出信号に基づいて演算（検出）した電池温度やメモリ３１ｂに記憶されている冷却係数αを充電装置２０へ送信する処理がある。冷却係数αの送信はバッテリ側共通信号端子４２を介して行われ、電池温度の送信は電池温度出力端子４３を介して行われる。

３．充電装置２０の電気的構成
次に、図１に示した充電装置２０の回路構成を、図２を用いて説明する。図２に示すように、充電装置２０は、電源回路５０と、充電制御マイコン５１と、サーミスタ５２と、ファン５３と、電圧検出回路５４とを備えている。

電源回路５０は、外部電源（本例ではＡＣ１００Ｖ電源）から複数種類の直流電圧を生成して出力する。より詳しくは、電源回路５０は、バッテリ３０の充電用の充電電圧と、充電制御マイコン５１などの動作用電源となる制御電圧Ｖｃｃと、ファン５３の動作用電源となるファン駆動電圧Ｖｃｄとを生成する。

電源回路５０で生成された充電電圧は、充電側正極端子２１及び充電側負極端子２２を介してバッテリパック１０内のバッテリ３０に出力される。制御電圧Ｖｃｃは、充電装置２０にバッテリパック１０が装着されている場合は、制御電圧出力端子６１を介してバッテリパック１０のバッテリ制御マイコン３１にも供給される。

電圧検出回路５４は、バッテリ３０の充電電圧を検出して充電制御マイコン５１へ出力する。サーミスタ５２は、充電装置２０の筐体内部における、外部の環境温度との温度差が小さい所定の部位に設けられ、その筐体内部の温度を検出する。サーミスタ５２により検出される温度は、直接的には筐体内部の温度であるが、環境温度との差が小さいため、環境温度として充電制御マイコン５１で用いられる。ファン５３は、既述の通り、バッテリパック１０が装着されてバッテリ３０の充電が行われる際に動作して、充電中或いは充電後のバッテリ３０を冷却するための送風を行う。

充電制御マイコン５１は、ＣＰＵ５１ａやメモリ５１ｂ、タイマ５１ｃなどを中心に構成されたマイクロコンピュータである。メモリ５１ｂは、より詳しくは、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリなどの各種記憶デバイスにより構成されている。タイマ５１ｃは、ソフトウェアタイマであってもいいしハードウェアタイマであってもよい。

充電制御マイコン５１は、電源回路５０から制御電圧Ｖｃｃが供給されると、その制御電圧Ｖｃｃにより動作し、メモリ５１ｂに記憶された各種プログラムに従って各種制御を実行する。メモリ５１ｂには、各種プログラムのほか、後述するファン停止目標温度Ｔｆも記憶されている。

充電制御マイコン５１は、電圧検出回路５４により検出された充電電圧や、バッテリパック１０から送信されてくるバッテリ３０の充電状態等に関する各種情報に基づいて、電源回路５０の動作を制御することにより、バッテリ３０の充電を制御する。

また、充電制御マイコン５１は、サーミスタ５２で検出された温度（環境温度）や、バッテリパック１０から送信されてくる冷却係数α及び電池温度に基づいて、ファン５３の動作を制御する。

充電制御マイコン５１は、バッテリパック１０に対して冷却係数αや電池温度、充電状態等に関する各種情報などを要求する際は、充電側共通信号端子６２を介して要求データを送信する。また、充電制御マイコン５１は、バッテリパック１０への上記要求に対するバッテリパック１０からの応答データを、充電側共通信号端子６２を介して（ただし電池温度は電池温度入力端子６３を介して）取得する。

４．充電制御マイコン５１によるファン５３の制御の概要
充電制御マイコン５１によるファン５３の制御内容について、より具体的に説明する。充電制御マイコン５１は、充電装置２０にバッテリパック１０が装着されてバッテリ３０の充電を開始すると、ファン５３を動作（回転）を開始させる。

充電制御マイコン５１は、バッテリ３０の充電中、バッテリパック１０から電池温度を取得して電池温度を監視し、電池温度あるいはその変化率（温度勾配）が所定の冷却実行条件を満たしている限り、ファン５３を動作させ続ける。

バッテリ３０の充電完了後も、充電制御マイコン５１は、所定の冷却実行条件を満たしている限り、ファン５３を動作させ続ける。充電完了後の冷却実行条件は、本実施形態では、電池温度が所定の高温判定閾値以上の高温状態であって電池温度の温度勾配（変化率）が負であり（つまり電池温度が低下していて）且つ所定の変化率負閾値「−ａ」以下の状態であること、又は電池温度が上記高温状態であって電池温度の温度勾配が正であり（つまり電池温度が上昇していて）且つ充電完了から所定時間が経過していないこと、である。なお、充電中の冷却実行条件は、上記の充電完了後の冷却実行条件と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。

充電制御マイコン５１は、充電完了後、上記冷却実行条件のいずれか一方でも満たしている場合はファン５３を動作させ、双方とも満たしていない場合はファン５３を停止させる。

ただし、充電制御マイコン５１は、充電完了後、たとえ上記冷却実行条件が成立していても、充電完了から最大冷却時間Ｔｍが経過したらファン５３を停止させる。これは、ファン５３による冷却を停止してもいい状態になっているにもかかわらず、各種環境要因等によっては冷却実行条件が成立し続けて、ファン５３が回り続けてしまう可能性があるからである。

最大冷却時間Ｔｍは、本実施形態では、充電制御マイコン５１が、充電装置２０に装着されているバッテリパック１０から取得した冷却係数αに基づいて演算により設定する。つまり、最大冷却時間Ｔｍは、充電装置２０に装着されているバッテリパック１０内のバッテリ３０の冷却性能に応じて動的に演算・設定される。

充電制御マイコン５１による最大冷却温度Ｔｍの算出方法は、次の通りである。即ち、充電制御マイコン５１は、充電完了時に、メモリ５１ｂからファン停止目標温度Ｔｆを読み出し、バッテリパック１０から冷却係数α及び電池温度を取得し、充電装置２０内のサーミスタ５２により環境温度を検出する。ファン停止目標温度Ｔｆは、ファン５３による冷却を停止させても問題ないと判断できる範囲内で予め決められ、メモリ５１ｂに記憶されているものである。

充電制御マイコン５１は、これらファン停止目標温度Ｔｆ、冷却係数α、電池温度及び環境温度を用いて、最大冷却時間Ｔｍを演算する。即ち、充電完了後、どのくらいの時間が経過したら電池温度がファン停止目標温度Ｔｆまで低下するのかを推定し、その推定した時間を最大冷却時間Ｔｍとする。

より具体的には、本実施形態では、上記式（１）を利用して最大冷却時間Ｔｍを演算する。即ち、上記式（１）において、左辺の電池温度Ｔ（ｔ）をファン停止目標温度Ｔｆとし、右辺第一項及び右辺第二項中の環境温度Ｔｓを上記検出した充電完了時の環境温度とし、右辺第二項中の初期の電池温度Ｔ（０）を上記取得した充電完了時の電池温度とし、右辺第二項中のαを上記取得した冷却係数αとして、その式（１）を時間ｔについて解く。すると、時間ｔが、充電完了から電池温度がファン停止目標温度Ｔｆになるまでに要する時間の推定値として算出される。

充電制御マイコン５１は、上記のようにして算出した時間ｔを、最大冷却時間Ｔｍとして設定する。充電制御マイコン５１は、充電完了後、タイマ５１ｃで充電完了後の経過時間を計時し、たとえ冷却実行条件を満たしていても充電完了から最大冷却時間Ｔｍが経過した場合はファン５３を停止させる。

５．充電・ファン制御処理の説明
上述したバッテリ３０の充電及び冷却のために充電装置２０の充電制御マイコン５１が実行する充電・ファン制御処理について、図５を用いて説明する。充電制御マイコン５１のＣＰＵ５１ａは、充電装置２０にバッテリパック１０が装着されると、図５の充電・ファン制御処理のプログラムをメモリ５１ｂから読み出して所定周期で繰り返し実行する。

充電制御マイコン５１のＣＰＵ５１ａは、図５の充電・ファン制御処理を開始すると、Ｓ１０でバッテリ３０の充電及びファン５３の動作を開始させ、所定の充電終了条件が成立するとＳ２０で充電を完了させる。なお、Ｓ１０〜Ｓ２０では、実際には、バッテリ３０の各種状態に応じて電源回路５０を制御したり、冷却実行条件を満たさなくなった場合（冷却の必要がない状態になった場合）にはファン５３を停止させるなどの各種の制御が行われるのであるが、充電中におけるこれら制御は本発明の本質ではないため、詳細説明は省略する。

ＣＰＵ５１ａは、充電が完了してＳ１１０に進むと、バッテリパック１０から冷却係数αを取得する。Ｓ１２０では、取得した冷却係数αに基づき、バッテリパック１０に冷却機構があるか否かを判断する。既述の通り、本実施形態では冷却係数αが０の場合は冷却機構がないものとして扱うようにしている。そのため、冷却係数αが０だった場合は、冷却機構がないものと判断してＳ２８０に進み、ファン５３を停止させて、この充電・ファン制御処理を終了する。冷却係数αが０より大きい値の場合は、冷却機構があるものと判断してＳ１３０に進む。

Ｓ１３０では、環境温度を検出可能か否か判断する。この判断は種々の方法で行うことができるが、本実施形態では、充電装置２０内のサーミスタ５２から検出信号が入力されていて且つその検出信号が示す環境温度が異常な値ではない場合に環境温度を検出可能と判断する。

Ｓ１３０で環境温度を検出可能と判断した場合は、Ｓ１４０で、サーミスタ５２から入力される検出信号に基づいて環境温度を検出する。Ｓ１３０で環境温度を検出できないと判断した場合は、Ｓ１５０で、環境温度を予め設定した任意の値に設定する。

Ｓ１６０では、バッテリパック１０から電池温度を取得可能か否か判断する。この判断も種々の方法で行うことができるが、本実施形態では、充電側共通信号端子６２を介してバッテリパック１０へ電池温度を要求し、その要求に対してバッテリパック１０から電池温度入力端子６３を介して電池温度のデータが受信された場合に電池温度を取得可能と判断する。

Ｓ１６０で電池温度を取得できないと判断した場合は、Ｓ２００で、電池温度を予め設定した任意の値に設定する。なお、環境温度が検出できない場合にＳ１５０で設定する任意の環境温度、及びバッテリパック１０から電池温度を取得できない場合にＳ２００で設定する任意の電池温度は、適宜決めることができる。本実施形態では、これら各温度として、冷却係数αを実験的に求める場合に用いられる規定の温度がそれぞれ設定されている。

Ｓ２１０では、Ｓ１１０で取得した冷却係数α、Ｓ１４０で検出又はＳ１５０で設定した環境温度、Ｓ２００で設定した電池温度、及び予めメモリ５１ｂに記憶されているファン停止目標温度Ｔｆを用いて、既述の演算方法によって、最大冷却時間Ｔｍを算出する。

Ｓ２２０では、タイマ５１ｃのタイムアウト時間をＳ２１０で算出した最大冷却時間Ｔｍに設定して、タイマ５１ｃの計時動作を開始させる。タイマ５１ｃの動作開始後、Ｓ２３０で、タイムアウトしたか否か、即ちタイマ５１ｃの動作開始から（充電完了時から）最大冷却時間Ｔｍが経過したか否かを判断する。タイムアウトするまではＳ２３０の処理を繰り返し、タイムアウトしたらＳ２８０に進んでファン５３を停止させる。

Ｓ１６０で電池温度を取得可能と判断した場合は、Ｓ１７０で、バッテリパック１０から受信した電池温度を取得する。Ｓ１８０では、Ｓ１１０で取得した冷却係数α、Ｓ１４０で検出又はＳ１５０で設定した環境温度、Ｓ１７０で設定した電池温度、及び予めメモリ５１ｂに記憶されているファン停止目標温度Ｔｆを用いて、既述の演算方法によって、最大冷却時間Ｔｍを算出する。Ｓ１９０では、Ｓ２２０と同様、タイマ５１ｃのタイムアウト時間をＳ１８０で算出した最大冷却時間Ｔｍに設定して、タイマ５１ｃの計時動作を開始させる。

タイマ５１ｃの計時開始後、Ｓ２４０では、バッテリパック１０から電池温度を取得する。Ｓ２５０では、取得した電池温度の微分値（温度勾配）を算出する。微分値の算出方法は種々考えられるが、例えば、前回Ｓ２４０で取得した電池温度と今回Ｓ２４０で取得した電池温度との差分に基づいて算出することができる。

Ｓ２６０では、Ｓ２３０と同じようにタイムアウトしたか否か判断し、タイムアウトした場合はＳ２８０に進んでファン５３を停止させる。Ｓ２６０でまだタイムアウトしていない場合は、Ｓ２７０で、Ｓ２４０で取得した電池温度が既述の高温判定閾値以上の高温状態であるか否か判断する。電池温度が高温状態ではない場合は、ファン５３による冷却の必要はないため、Ｓ２８０でファン５３を停止させる。

Ｓ２７０で、電池温度が高温状態と判断した場合は、Ｓ２９０で、Ｓ２５０で算出した温度勾配が負であるか否か判断する。温度勾配が負である場合は、更にＳ３１０で、温度勾配が既述の変化率負閾値「−ａ」より大きいか否か判断する。

Ｓ３１０で、温度勾配が変化率負閾値「−ａ」以下の場合は、電池温度の低下が続いていてまだ冷却を継続する必要があるため、Ｓ３２０でファン５３を動作させてＳ２４０に戻る。なお、Ｓ３２０では、ファン５３が停止している場合は動作を再開させ、既にファン５３が動作している場合はその動作状態を継続させる。

Ｓ３１０で、温度勾配が変化率負閾値「−ａ」より大きいと判断した場合は、電池温度の低下が進んでその温度勾配が緩やかになってきていおり、ファン５３による冷却の必要性が低くなっている。そこでその場合は、Ｓ２８０でファン５３を停止させる。

Ｓ２９０で、温度勾配が負ではない（つまり０以上）と判断した場合は、電池温度が一定で推移しているか又は上昇しているということである。この場合は、Ｓ３００で、充電完了から所定時間が経過したか否かを判断し、まだ所定時間が経過していない場合はＳ３２０でファン５３を動作（再開又は継続）させてＳ２４０に戻り、所定時間が経過した場合はＳ２８０でファン５３を停止させる。

なお、Ｓ３００で所定時間経過を判断することは必須ではなく、Ｓ２９０で温度勾配が０以上と判断した場合はすぐにファン５３を停止させてもよい。また、Ｓ３００の所定時間経過の判断は、充電完了時からの経過時間を対象とするのではなく、Ｓ２９０で温度勾配が０以上と判断されている状態の継続時間を対象としてもよい。また、Ｓ２９０の判断は、０より小さいか否かの判断に限らず、０より大きい所定の正の値を判断基準値に設定してその判断基準値よりも小さいか否かを判断するようにしてもよい。

６．実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の充電装置２０によれば、バッテリ３０の冷却性能を示す冷却係数αに基づいて適切な最大冷却時間Ｔｍが設定されるため、バッテリ３０に対してファン５３による冷却が無駄に行われることを抑制でき、充電装置２０の消費電力を低減することができる。

また、充電装置２０は、最大冷却時間Ｔｍを、冷却係数αに加え、充電完了時の電池温度及び環境温度を用いて演算する。このように充電完了時の電池温度と環境温度を考慮することで、充電完了後に最大どの程度の時間ファン５３を動作させればバッテリ３０を所望の温度レベルまで冷却させることができるかを（即ち最大冷却時間Ｔｍを）精度良く求めることができる。

また、充電装置２０は、ファン５３を停止させるべき電池温度の目標値（ファン停止目標温度Ｔｆ）を元に、充電完了後に電池温度がその目標値に到達するまでの時間を推定して、その推定した時間を最大冷却時間Ｔｍとして設定している。そのため、電池温度がファン停止目標温度Ｔｆを下回ってもファン５３が動作し続けてしまうことを抑制でき、より効果的に消費電力を低減することができる。

また、バッテリパック１０には内蔵するバッテリ３０の冷却係数αが記憶されており、充電装置２０は、バッテリ３０の冷却係数αをバッテリパック１０から取得する。このように、冷却対象のバッテリの冷却係数αをバッテリパックから取得するようにすることで、充電対象のバッテリの冷却係数αを確実且つ容易に取得することができる。

また、充電装置２０は、充電完了後、装着されているバッテリパック１０に冷却機構があるか否かを判断して、冷却機構がない場合はファン５３を停止させるようにしている（Ｓ１２０等参照）。そのため、ファン５３の無駄な動作を抑制でき、その分、充電装置２０の消費電力を低減することができる。

また、充電装置２０は、充電完了後、電池温度の温度勾配が負であってしかも変化率負閾値「−ａ」より大きくなった場合は、タイムアウトしていなくてもファン５３を停止させる（Ｓ３１０等参照）。そのため、バッテリ３０を適切に冷却しつつ消費電力を効果的に低減することができる。

また、充電装置２０は、充電完了後、電池温度の温度勾配が０以上であって充電完了から所定時間が経過している場合は、タイムアウトしていなくてもファン５３を停止させる（Ｓ３００等参照）。そのため、バッテリ３０の温度上昇を防ぎつつ消費電力を効果的に低減することができる。

なお、本実施形態において、電源回路５０は本発明の充電部の一例に相当し、充電制御マイコン５１は本発明の制御部、冷却性能情報取得部、設定部、電池温度取得部、環境温度取得部、冷却機構判断部の一例に相当し、ファン停止目標温度Ｔｆは本発明の規定温度の一例に相当し、Ｓ３００の判断基準値である「０」は本発明の変化率正閾値の一例に相当する。

また、図５の充電・ファン制御処理において、Ｓ１１０の処理は本発明の冷却性能情報取得部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ１２０の処理は本発明の冷却機構判断部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ１７０及びＳ２００の処理は本発明の電池温度取得部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ１４０及びＳ１５０の処理は本発明の環境温度取得部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ１８０及びＳ２１０の処理は本発明の設定部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ２３０及びＳ２６０からＳ２８０に進む一連の処理は本発明の制御部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ２５０の処理は本発明の変化率演算部が実行する処理の一例に相当する。

［第２実施形態］
第２実施形態として、最大冷却時間Ｔｍの別の算出方法を説明する。第１実施形態では、充電完了後どのくらいの時間が経過したら電池温度がファン停止目標温度Ｔｆまで低下するのかを式（１）を利用して推定し、その推定した時間を最大冷却時間Ｔｍに設定した。

これに対し、本実施形態では、ファン停止目標温度Ｔｆではなくファン停止目標変化率Ｄｔ（０以下の値）が充電装置２０のメモリ５１ｂに予め記憶されている。充電制御マイコン５１は、このファン停止目標変化率Ｄｔを用いて、充電完了後どのくらいの時間が経過したら電池温度の変化率がそのファン停止目標変化率Ｄｔ以上になる（つまり減少傾向が緩やかになる）のかを推定する。そして、その推定した時間を最大冷却時間Ｔｍに設定する。

最大冷却時間Ｔｍの推定演算は、基本的には上記式（１）を利用する。上記式（１）の両辺をｔで微分すると、次式（２）が得られる。
ｄＴ（ｔ）／ｄｔ＝−α＊（Ｔ（０）−Ｔｓ）＊ＥＸＰ（−α＊ｔ） ・・・（２）
上記式（２）を、左辺のｄＴ（ｔ）／ｄｔをファン停止目標変化率Ｄｔとして、ｔについて解く。すると、時間ｔが、充電完了から電池温度の変化率がファン停止目標変化率Ｄｔになるまでに要する時間の推定値として算出される。

充電制御マイコン５１は、上記のようにして算出した時間ｔを、最大冷却時間Ｔｍとして設定する。最大冷却時間Ｔｍの設定後は、第１実施形態と全く同じように、その設定した最大冷却時間Ｔｍをタイムアウト時間に設定する（図５のＳ１９０又はＳ２２０）。なお、ファン停止目標変化率Ｄｔは本発明の規定変化率の一例に相当するものである。

このように、本実施形態では、電池温度の変化率がファン停止目標変化率Ｄｔ以上になるまでの推定時間が最大冷却時間Ｔｍとして算出・設定される。そのため、電池温度の変化率がファン停止目標変化率Ｄｔを超えてもファン５３が動作し続けてしまうことを抑制でき、より効果的に消費電力を低減することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態として、最大冷却時間Ｔｍの別の算出方法を説明する。上記式（１）において、ＥＸＰ（−α＊ｔ）を定数（温度減衰定数）βとすると、上記式（１）は次式（３）のように変形できる。
β＝｛Ｔ（ｔ）−Ｔｓ｝／｛Ｔ（０）−Ｔｓ｝ ・・・（３）
式（３）において、第１実施形態と同じようにＴ（ｔ）をファン停止目標温度Ｔｆとすると、温度減衰定数βは充電完了時に式（３）から容易に求められる。そのため、本実施形態の充電制御マイコン５１は、充電完了時に、式（３）を用いて温度減衰定数βを算出する。

一方、バッテリパック１０のメモリ３１ｂには、最大冷却時間Ｔｍと温度減衰定数βとの対応関係が一定の時間間隔（例えば１分間隔）でマトリクス化された温度減衰定数マトリクスが記憶されている。温度減衰定数マトリクスの一例を図６に示す。図６は、異なる４種類のバッテリＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの温度減衰定数マトリクスをまとめて表示したものである。そのため、例えばバッテリパック１０のバッテリ３０が図６におけるバッテリＡであるならば、バッテリパック１０のメモリ３１ｂには、図６における、最大冷却時間ＴｍとバッテリＡの温度減衰定数βとが対応付けられた温度減衰定数マトリクスが記憶されている。なお、図６において、バッテリＤは、温度減衰定数マトリクスが設定されておらず、これは即ち、バッテリＤには冷却機構が設けられていないことを意味している。

図６の温度減衰定数マトリクスにおいて、例えばバッテリＡについては、例えば温度減衰定数βが０．５４８８以上ならば最大冷却時間Ｔｍは１分が適切で、例えば温度減衰定数βが０．３０１２以上０．５４８８未満ならば最大冷却時間Ｔｍは２分が適切である、ということを示している。つまり、温度減衰定数βが小さいほど最大冷却時間Ｔｍは長い時間に設定されている。

バッテリパック１０のメモリ３１ｂには、図６の例えばバッテリＡに該当する温度減衰定数マトリクスが予め記憶されている。そのため、充電装置２０の充電制御マイコン５１は、最大冷却時間Ｔｍを算出する際、上記式（３）で温度減衰定数βを算出すると共に、バッテリパック１０から、温度減衰定数マトリクスを取得する。そして、その取得した温度減衰定数マトリクスを用いて、式（３）で算出した温度減衰定数βに対応した最大冷却時間Ｔｍを算出（選択）する。例えば、式（３）で算出した温度減衰定数βが０．１だったとすると、その場合の最大冷却時間Ｔｍは、温度減衰定数マトリクスを参照すると、４分（０．０９０７≦β＜０．１６５３）となる。

このように、上記式（１）におけるＥＸＰ（−α＊ｔ）を定数βとして、ある一定の時間間隔で最大冷却時間Ｔｍとβとの対応関係をマトリクスとして用意しておくことで、充電制御マイコン５１において指数関数の演算をすることなく、より簡単に適切な最大冷却時間Ｔｍを算出することができる。

［他の実施形態］
（１）第１，第２実施形態で説明した冷却係数αや、第３実施形態で説明した温度減衰定数マトリクスは、バッテリ固有の情報であることから、上記各実施形態では、バッテリパック１０内に記憶させておいて充電装置２０が必要に応じてバッテリパック１０から取得する構成であった。

しかし、これらバッテリ固有の情報をバッテリパック１０から取得することは必須ではなく、充電装置２０は他の方法で取得するようにしてもよい。例えば、充電装置２０のメモリ５１ｂに、各種バッテリの固有情報を予め記憶しておき、バッテリパックが装着されたらバッテリパックからバッテリの情報を取得して、そのバッテリの情報に対応した固有情報を用いるようにしてもよい。

その場合、仮にバッテリパックから取得したバッテリの情報に対応した固有情報が充電装置２０のメモリ５１ｂに記憶されていない場合は、充電装置２０は、上記実施形態と同じようにバッテリパックに対して固有情報を要求し、取得するようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、充電完了時に充電装置２０内のサーミスタ５２の検出信号をもとに環境温度を検出するようにしたが、環境温度の検出方法や検出タイミングは他にも考えられる。

例えば、充電装置２０の筐体外部にサーミスタを取り付け、そのサーミスタからの検出信号をもとに環境温度を検出（計測）するようにしてもよい。
また例えば、充電装置２０の電源投入時に充電装置２０内の温度をサーミスタによって検出し、その検出温度を環境温度として用いるようにしてもよい。また例えば、一定時間充電が行われなかった場合に、その間の適当なタイミングで充電装置２０内の温度をサーミスタによって検出し、その検出温度を環境温度として用いるようにしてもよい。また例えば、特定の条件を付加して（例えば上記式（１）から推定演算して）環境温度を推定するようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、バッテリパックが冷却機構を備えていない場合は充電完了後にファンを停止させるようにしたが、冷却機構を備えていない場合は充電開始時からファンを動作させないようにしてもよい。或いは、充電中にファンを動作させるとしても、その動作頻度や動作時間等を、冷却機構を備えたバッテリパックよりは少なくなるようにするとよい。

（４）充電装置におけるファンの制御は、マイコンによる制御に限らず、他の制御手段（例えば制御機能を持ったＩＣなど）によって行うようにしてもよい。

１〜４…電池セル、１０…バッテリパック、１１…バッテリ側正極端子、１２…バッテリ側負極端子、１３…バッテリ側信号端子群、１６…バッテリ側ターミナル、１７…バッテリ側装着部、１８…通気口、２０…充電装置、２１…充電側正極端子、２２…充電側負極端子、２３…充電側信号端子群、２６…充電側ターミナル、２７…充電側装着部、２８…表示部、２９…送風口、３０…バッテリ、３１…バッテリ制御マイコン、３１ａ，５１ａ…ＣＰＵ、３１ｂ，５１ｂ…メモリ、３２，５２…サーミスタ、４１…制御電圧入力端子、４２…バッテリ側共通信号端子、４３…電池温度出力端子、５０…電源回路、５１…充電制御マイコン、５１ｃ…タイマ、５３…ファン、５４…電圧検出回路、６１…制御電圧出力端子、６２…充電側共通信号端子、６３…電池温度入力端子。

Claims (8)

1. 二次電池へ電力を供給して前記二次電池を充電する充電部と、
   前記二次電池を冷却するために前記二次電池へ送風を行うファンと、
   前記充電部による充電開始後、予め決められた冷却実行条件が成立している場合に前記ファンを動作させ、前記充電部による前記二次電池の充電完了後、前記冷却実行条件が成立していても前記充電完了から所定の最大冷却時間が経過した場合は前記ファンを停止させる制御部と、
   前記充電部による充電対象の前記二次電池について、その二次電池の冷却のされ易さを表す冷却性能情報を取得する冷却性能情報取得部と、
   前記冷却性能情報取得部が取得した前記冷却性能情報に基づいて前記最大冷却時間を設定する設定部と、
   を備えることを特徴とする充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置であって、
   前記二次電池の温度である電池温度を取得する電池温度取得部と、
   前記二次電池の周囲の温度である環境温度を取得する環境温度取得部と、
   を備え、
   前記設定部は、前記二次電池の充電完了後、前記電池温度取得部が取得した前記電池温度及び前記環境温度取得部が取得した前記環境温度に基づいて前記最大冷却時間を設定する
   ことを特徴とする充電装置。
3. 請求項２に記載の充電装置であって、
   前記設定部は、前記電池温度が所定の規定温度以下になったら前記ファンが停止されるように、前記規定温度に基づいて前記最大冷却時間を設定する
   ことを特徴とする充電装置。
4. 請求項２に記載の充電装置であって、
   前記設定部は、前記電池温度の変化率が０以下の所定の規定変化率以上になったら前記ファンが停止されるように、前記規定変化率に基づいて前記最大冷却時間を設定する
   ことを特徴とする充電装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の充電装置であって、
   前記二次電池には、その二次電池の前記冷却性能情報が記憶された記憶部が設けられており、
   前記冷却性能情報取得部は、前記記憶部から前記冷却性能情報を取得する
   ことを特徴とする充電装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の充電装置であって、
   前記二次電池に、前記ファンからの送風を受けることでその二次電池を冷却させるための冷却機構が設けられているか否かを判断する冷却機構判断部を備え、
   前記制御部は、前記冷却機構判断部により前記二次電池に前記冷却機構が設けられていないと判断された場合は、少なくとも前記二次電池の充電完了後は前記ファンを動作させない
   ことを特徴とする充電装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の充電装置であって、
   前記二次電池の温度の変化率を演算する変化率演算部を備え、
   前記制御部は、前記充電完了後、前記変化率演算部により演算された前記変化率が負の値となっている場合に、その変化率が０より小さい所定の変化率負閾値以上になった場合は、前記充電完了から前記最大冷却時間が経過する前であっても前記ファンを停止させる
   ことを特徴とする充電装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の充電装置であって、
   前記二次電池の温度の変化率を演算する変化率演算部を備え、
   前記制御部は、前記変化率演算部により演算された前記変化率が０以上の所定の変化率正閾値以上になった場合は、前記充電完了から前記最大冷却時間が経過する前であっても前記ファンを停止させる
   ことを特徴とする充電装置。

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