JP3548552B2 - 充電器および充電方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池の充電を制御する充電器および充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ニッカド電池やニッケル水素電池などの二次電池の充電を制御する充電器として、満充電時における電池の温度上昇率から充電完了を検出するいわゆるΔＴ検出方式のものと、満充電時における電池の電圧降下から充電完了を検出するいわゆるΔＶ検出方式のものが知られている。
【０００３】
例えば、図２７に示すようにΔＴ検出方式の充電器１００は定電圧電源１０６、定電流回路１０１、ＣＰＵ１０５およびＡ／Ｄコンバータ１０２を有し、接続された電池パック１０７に定電流回路１０１から一定の充電電流を供給する。電池パック１０７は数本の電池１０３とサーミスタ１０４を組み合わせて一体化されたものであり、電池１０３の外装表面に取り付けられたサーミスタ１０４によって電池１０３の温度が検出される。検出された電池温度はＡ／Ｄコンバータ１０２によってＣＰＵ１０５が取り扱えるデータに変換される。ＣＰＵ１０５は電池温度が１℃／分以上の温度上昇率を示したときに満充電であるとして充電電流の供給を停止する。
【０００４】
つぎに、図２８〜図３０にしたがってΔＶ検出方式の充電器３００を説明する。携帯型の充電器３００は本体３００ａ、家庭用のＡＣコンセントに差し込むＡＣプラグ３０１、充電中に点灯するＬＥＤ３１１およびバッテリーに接続されるＤＣプラグ３０７を有する。本体３００ａ内には電源回路３３０、スイッチング回路３４０および制御回路３５０が設けられている。電源回路３３０にはＡＣコンセントの商用電圧から２次電圧を出力するトランス４０２、トランス４０２から出力される交流を直流に変換するダイオードブリッジ４０３ａを備えた平滑化回路４０３、ＶＣＣ＝５Ｖの電源電圧を供給する３端子レギュレータ４０９および充電電流を供給する定電流回路４０４が設けれている。この定電流回路４０４は４Ｖから８Ｖのバッテリー電圧範囲において８００ｍＡの電流を供給する。スイッチング回路３４０には充電電流をスイッチングするトランジスタ４０５、バッテリーからの逆流を防止するダイオード４０６、トランジスタ４０５をドライブするトランジスタ４０８が設けられている。制御回路３５０はワンチップマイコン４１０を中心にアンプ４１４、リセットＩＣ４１３、ＬＥＤ４１１、トランジスタ４１２などから構成されており、ワンチップマイコン４１０はマイクロプロセッサの他に、周知のＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー、割り込みコントローラ、ＡＤコンバータ、Ｉ／Ｏポート等を内蔵する。アンプ４１４はバッテリー電圧をレベル変換してワンチップマイコン４１０に内蔵されたＡＤコンバータに出力する。トランジスタ４１２はＬＥＤ４１１をドライブする。リセットＩＣ４１３はハードウェアリセットに使用され、４．５Ｖを越えるとワンチップマイコン４１０のリセットを解除する。
【０００５】
このような構成において、ＡＣコンセントにＡＣプラグ３０２が差し込まれるとトランス４０２に商用電圧が供給される。平滑化回路４０３はトランス４０２の二次電圧をダイオードブリッジ４０３ａによって全波整流しコンデンサによって平滑化することで直流電圧に変換し、この直流電圧を定電流回路４０４および３端子レギュレータ４０９に供給する。３端子レギュレータ４０９から供給される電源電圧ＶＣＣが４．５Ｖを越えるとリセットＩＣ４１３はハードウェアリセットを解除し、ワンチップマイコン４１０が動作状態になる。ワンチップマイコン４１０はトランジスタ４０８を駆動し、トランジスタ４０５をオンにする。ここで、バッテリーが接続されているとＤＣプラグ４０７の端子電圧はバッテリー電圧になるが、接続されていないときは解放電圧１６Ｖになる。ＤＣプラグ４０７にバッテリーが接続されているかどうかはアンプ４１４によってレベル変換された端子電圧をワンチップマイコン４１０がＡＤコンバータを介して判断する。ＤＣプラグ４０７にバッテリーが接続されていると解放電圧より低い端子電圧となるが、これは定電流回路４０４によってバッテリーに流れる電流が制限されるため端子電圧が下がるのである。ワンチップマイコン４１０はバッテリーの接続を確認すると、トランジスタ４１２をオンにしてＬＥＤ４１１を点灯し充電中であることを表示する。ワンチップマイコン４１０はＡＤコンバータに入力される端子電圧を一定の間隔でサンプリングして図３０に示す満充電時の電圧変化−ΔＶを検出する。満充電時の電圧変化−ΔＶの検出はＡＤコンバータからの刻々とサンプリングされる電圧の最大値を記憶しておき、この記憶された電圧からつぎにサンプリングされた電圧の差が１００ｍＶに達したことにより行なわれる。満充電時の電圧変化−ΔＶが検出されるとワンチップマイコン４１０はトランジスタ４０８をオフし、充電を終了させると同時にトランジスタ４１２をオフしてＬＥＤ４１１を消灯し使用者に充電の終了を知らせる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ΔＴ検出方式およびΔＶ検出方式のいずれの充電器においても以下に示すように充電不良になってしまうことがあった。ΔＴ検出方式の充電器では、サーミスタ１０４より検出される電池パック１０７内の電池温度が充電器が置かれた周囲温度より極めて低い状態で充電される場合、例えば０℃の屋外で使用した電池パックをほぼその０℃の状態のまま２０℃の屋内に置かれた充電器にセットして充電を開始するときなどである。このとき、電池パック１０７内の電池１０３は、充電時に発生する熱によって起こる温度上昇に充電器の周囲から流れ込む熱によって起こる温度上昇が加わって温度上昇することになる。サーミスタ１０４で検出される温度上昇率が１℃／分を越えると満充電と判断するが、このように周囲の温度の影響も加わっているので、温度上昇率が１℃／分に至ったときを満充電と判断して充電を終了すると充電不足となってしまう問題があった。また、温度上昇率を１℃／分より高い値に設定しておくと電池の温度が周囲の温度とあまり変わらないときに今度は過充電となってしまうことが考えられた。
【０００７】
同様に、ΔＶ検出方式の充電器では、満充電時の電圧変化−ΔＶを検出する際に、ＤＣプラグ４０７にバッテリーがうまく接続されておらず接触不良があると図３１に示すように接点の断続的な接触によって急激な電圧変動がくりかえされることがある。そのようなときにその電圧変動を満充電時の電圧変化−ΔＶであると判断して充電を終了してしまうことがあった。その結果、使用者が知らないままに充電不良が起きていた。
【０００８】
そこで、これらの問題を解決するために、本発明は充電不良を防止できる充電器および充電方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の充電器は、端子に接続された電池を充電する充電手段と、前記端子の電圧を測定する端子電圧測定手段と、この端子電圧測定手段によって測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、この電圧降下検出手段によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する充電制御手段とを備えた充電器であって、前記充電手段による前記電池の充電中に前記端子電圧測定手段により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する連続変動検出手段と、この連続変動検出手段によって前記電圧の変動のくりかえしが検出されたときに前記充電の異常を示す報知手段とを備える。
【００１０】
さらに、第２の発明の充電器は、端子に接続された電池を充電する充電手段と、前記端子の電圧を測定する端子電圧測定手段と、この端子電圧測定手段によって測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、この電圧降下検出手段によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する充電制御手段とを備えた充電器であって、前記充電手段による前記電池の充電中に前記端子電圧測定手段により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する連続変動検出手段と、この連続変動検出手段によって前記電圧の変動のくりかえしが検出される検出回数を計数する連続変動計数手段と、この連続変動計数手段によって計数される前記検出回数が所定回数に達しないときは前記充電制御手段によって終了した充電を再開する再充電手段とを備える。
【００１１】
また、第３の発明は、前記再充電手段によって充電が再開されたことを示す報知手段を備える。
【００１２】
また、第４の発明は、端子に接続された電池を充電する充電工程と、前記端子の電圧を測定する電圧測定工程と、該測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する工程と、該検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する工程とを有する充電方法であって、前記充電工程による前記電池の充電中に前記電圧測定工程により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する変動検出工程と、前記変動検出工程によって前記電圧の変動のくりかえしが検出されたときに前記充電の異常を示す工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、第５の発明の充電方法は、端子に接続された電池を充電する充電工程と、前記端子の電圧を測定する電圧測定工程と、該測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出工程と、該電圧降下検出工程によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する工程とを有する充電方法であって、前記充電工程による前記電池の充電中に前記電圧測定工程により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する変動検出工程と、該変動検出工程によって前記電圧の変動のくりかえしが検出される検出回数を計数する計数工程と、該計数工程によって計数される前記検出回数が所定回数に達しないときは終了した充電を再開する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は第１実施形態の充電器１０の電気的構成を示すブロック図である。充電器１０は充電回路１６、制御回路２５および充電オンオフ回路２９を備え、端子１４に電池パック１３が接続される。電池パック１３にはいわゆるニッカド電池１１およびサーミスタ１２が組み込まれており、サーミスタ１２は電池１１の表面温度を検出する。
【００１６】
制御回路２５はサーミスタ１２の端子電圧を温度データに変換する温度変換回路１５、単位時間当りの温度の変化を示す温度変化率を検出する温度変化率検出回路２６の他に、コンパレータ２７、２８、アナログスイッチ２１を備える。コンパレータ２７は温度変化率検出回路２６からの温度変化率を基準電圧１と比較し、電池の温度変化率が基準電圧１を下回ったかどうかを判別する。基準電圧１は電池温度と周囲温度の開きが小さくなって電池温度が十分に周囲になじんだときの電池の温度変化率に相当する電圧（本実施形態では０．５℃／ｍｉｎの温度変化率に相当する電圧）に予め設定されている。
【００１７】
コンパレータ２８はコンパレータ２７と同様に温度変化率検出回路２６からの温度変化率を基準電圧２と比較し、満充電時の温度変化率であるか否かを判別する。基準電圧２は満充電時の温度変化率に相当する電圧（本実施形態では１℃／ｍｉｎの温度変化率に相当する電圧）に予め設定されている。コンパレータ２８の＋入力端子には抵抗器２２が接続されており、アナログスイッチ２１がオフのときに＋入力端子をプルブウンする。また、コンパレータ２７の出力とコンパレータ２８の反転出力を入力とするアンドゲート２３が設けられており、これを論理積演算しその出力をＲＳフリップフロップ３１のＳ端子に入力することでＲＳフリップフロップ３１のＳ端子およびＲ端子が同時にＨレベルになるのを防いでいる。
【００１８】
温度変換回路１５はアンプおよびボルテージフォロワからなり、サーミスタ電圧Ｖｔｈを次段の温度変化率検出回路２６に適した電圧に調整する。
【００１９】
温度変化率検出回路２６は図２に示すように遅延回路４１、ＯＰアンプ５６および各抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒｆ１、Ｒｆ２を備える。遅延回路４１は温度変換回路１５によって増幅されたサーミスタ電圧を一定時間遅らせて出力する。ＯＰアンプ５６は抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒｆ１、Ｒｆ２とともに差動増幅器を形成する。抵抗器Ｒ１に流れる電流Ｉ１、抵抗器Ｒｆ１に流れる電流Ｉｆ１、抵抗器Ｒ２に流れる電流Ｉ２、抵抗器Ｒｆ２に流れる電流Ｉｆ２、ＯＰアンプ５６の＋入力端子にかかる電圧Ｖｐ、ＯＰアンプ５６の−入力端子にかかる電圧Ｖｎ、ＯＰアンプ５６の出力電圧Ｖｏ、サーミスタ電圧Ｖｔｈ、遅延回路４１を介したサーミスタ電圧Ｖｔｈ１と符号付けすると、ＯＰアンプ５６の出力電圧Ｖｏはつぎの関係式（１ａ〜４ａ）から
Ｖｏ＝Ｖｐ−Ｉｆ１・Ｒｆ１ ……（１ａ）
Ｖｐ＝Ｒｆ２×Ｖｔｈ／（Ｒ２＋Ｒｆ２） ……（２ａ）
Ｉｆ１＝Ｉ１＝（Ｖｔｈ１−Ｖｐ）／Ｒ１ ……（３ａ）
Ｒ１＝Ｒ２ ……（４ａ）
Ｒ１＝Ｒｆ１ ……（５ａ）
次式（１０Ａ）のように表される。
【００２０】
Ｖｏ＝Ｖｔｈ−Ｖｔｈ１ ……（１０ａ）
したがって、ＯＰアンプ５６はサーミスタ電圧Ｖｔｈと遅延回路４１で遅延されたサーミスタ電圧Ｖｔｈ１の変化分を出力する。これにより遅延回路４１で設定された遅延時間を単位とするサーミスタ電圧の変化率、即ち電池１１の温度変化率を検出することができる。遅延回路４１はＣＣＤを遅延素子として構成することができる。
【００２１】
充電オンオフ回路２９はＲＳフリップフロップ３１およびアナログスイッチ３２を有する。ＲＳフリップフロップ３１のＳ端子にＨレベル信号を入力するとＱ端子の出力がＨレベルになってアナログスイッチ３２がオンとなり、Ｒ端子にＨレベル信号を入力するとＱ端子の出力がＬレベルになってアナログスイッチ３２がオフとなる。充電回路１６は定電流回路を中心に構成され、充電オンオフ回路２９のアナログスイッチ３２によってオンオフされる。
【００２２】
上記の構成を有する充電器１０の充電制御について説明する。充電器１０の端子１４に接続された電池パック１３の電池温度が周囲温度に較べて低いときは電池温度は徐々に上昇していき高いときは徐々に下降していき、やがて電池温度は周囲温度になじんでいく。電池温度が周囲温度になじんでいないときは温度変化率検出回路２６から出力される温度変化率は基準電圧１に較べて大きな値となるので、コンパレータ２７の出力はＬレベルになる。このとき、アンドゲート２３の出力もＬレベルになり、そのままＲＳフリップフロップ３１のＳ端子はＬレベルになる。したがって、アナログスイッチ３２はオフであり、充電回路１６はオンにならず電池パック１３は充電されない。このとき、コンパレータ２８の＋入力端子がＬレベルなのでＲＳフリップフロップ３１のＲ端子はＬレベルのままでＱ端子の出力に影響を与えない。
【００２３】
つぎに、時間が経過して電池温度が周囲温度になじんでくると温度変化率は徐々に小さな値となる。温度変化率がコンパレータ２７の基準電圧１以下になるとコンパレータ２７の出力はＨレベルとなってＲＳフリップフロップ３１のＱ端子がＨレベルにセットされるので、これによりアナログスイッチ３２がオンになり充電回路１６をオンして電池１１に充電が開始される。また、温度変化率検出回路２６はコンパレータ２７の出力を信号ライン２７ａを介してフィードバックしており、コンパレータ２７の−入力端子にその後もＬレベルを出力し続け、コンパレータ２７の出力をＨレベルに保持する。このとき、アナログスイッチ２１はオンとなり、コンパレータ２８による温度変化率の検出が開始される。満充電時までは、基準電圧２の方が電池１１の温度変化率より大きいのでコンパレータ２８からＬレベルが出力されて充電は継続する。
【００２４】
電池温度が満充電の状態に近づくにつれて温度変化率は大きくなり、ついに基準電圧２を越えるとコンパレータ２８の出力はＨレベルになってＲＳフリップフロップ３１をリセットする。これによりアナログスイッチ３２はオフとなり充電回路１６による充電は終了する。
【００２５】
以上示したように、電池パック１３を端子１４に接続した後に電池温度が周囲温度になじんだことをその電池温度曲線の傾きである温度変化率から判断し十分なじんだことを確認してから充電を開始するので、周囲温度と電池温度の開きが大きいことによる電池温度の急な温度変化率を排除でき、満充電に至らないで充電を終了するといった充電不足を解消できる。
【００２６】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態の充電器７０の構成を示すブロック図である。第２実施形態の充電器７０は前記第１実施形態の充電器１０における制御回路２５およびＲＳフリップフロップ３１を除いて代わりにマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）７４を設けて構成される。このマイクロプロセッサユニット７４は周知のＣＰＵ７４ｄ、ＲＯＭ７４ｅ、ＲＡＭ７４ｆの他に、バッファレジスタ７４ｃ、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート７４ａ、Ａ／Ｄコンバータ７４ｂおよびタイマ７４ｇを備えたワンチップマイコンである。ＭＰＵ７４には充電オンオフ回路７９のアナログスイッチ７９ａがＩ／Ｏポート７４ａを介して接続されている。また、ＭＰＵ７４には基準電圧発生回路８１、８２および電池パック８３のサーミスタ８５がＡ／Ｄコンバータ７４ｂを介して接続されている。基準電圧発生回路８１、８２にはそれぞれ基準値を設定するための分割抵抗器８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂが接続されており、それぞれ基準電圧１、基準電圧２を発生する。基準電圧１、基準電圧２は前記第１実施形態と同じ値に設定されている。
【００２７】
ＭＰＵ７４はサーミスタ８５と抵抗器８４とで設定されるサーミスタ電圧Ｖｔｈを前述のＡ／Ｄコンバータ７４ｂを介して読取り、読み取ったデータから単位時間当たりの温度変化、つまり温度変化率を計算し、その計算された温度変化率が基準電圧発生回路８１で発生する基準電圧１より小さくなるまで、つまり、温度変化率が十分に小さくなるまでは充電を開始せず、小さくなってからＩ／Ｏポート７４ａを介して充電オンオフ回路７９にＨレベルの制御信号を出力する。アナログスイッチ７９ａはオンになり充電回路８０は充電を開始する。充電開始後は温度変化率が基準電圧発生回路８２で発生される基準電圧２より大きくなるまで充電を続け、大きくなったらＬレベルの制御信号を充電オンオフ回路７９に出力して充電を終了する。
【００２８】
図４および図５はＭＰＵ７４が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。ＭＰＵ７４は起動するとくりかえし本ルーチンを実行する。始めに、電池パック８３がセットされているかどうかを判断し（ステップＳ１１０）、セットされていなければ本ルーチンを一旦終了する。セットされているときにはサーミスタ電圧Ｖｔｈの判定ステップＳ１１５を実行する。まず、サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、バッファレジスタ７４ｃ内のＴｉレジスタにその値を記憶する（ステップＳ１２０）。つぎに、タイマ７４ｇをスタートし（ステップＳ１３０）、１０秒経過するのを待つ（ステップＳ１４０）。１０秒経過後に再び、サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、その値をバッファレジスタ７４ｃ内のＴ１レジスタに記憶する（ステップＳ１５０）。Ｔｉレジスタの値からＴ１レジスタの値を差し引き、そのサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分ΔＶｔｈをＴ０レジスタに記憶すると（ステップＳ１６０）、さらにＴ１レジスタの値をＴｉレジスタに移してつぎのサーミスタ電圧Ｖｔｈの読み込みに備える。サーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分ΔＶｔｈが基準電圧１に較べて小さいかどうか判断し（ステップＳ１８０）、基準電圧１に較べて大きいときにはまだ電池温度と周囲温度に開きがあるとして充電をスタートさせることなく、一旦、タイマ７４ｇをリセットして再びステップＳ１３０からの処理をくりかえす（ステップＳ１９０）。
【００２９】
前述のステップＳ１８０で、変化分ΔＶｔｈが基準電圧１に較べて大きいと判断されたときは充電オンオフ回路７９にＨレベルの制御信号を出力して充電をスタートさせる（ステップＳ２００）。充電が開始されたら、前述のサーミスタ電圧Ｖｔｈの判定ステップＳ１１５と同様の判定ステップ２１５を実行する。即ち、サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取りその値をＴｉレジスタに記憶すると、タイマ７４ｇをスタートさせて１０秒経過するのを待ち、１０秒経過したら再びサーミスタ電圧Ｖｔｈを読み込んでその変化分ΔＶｔｈをＴ０レジスタに記憶する。Ｔ１レジスタの値をＴｉレジスタに移してつぎのサーミスタ電圧Ｖｔｈの読み込みに備える（ステップＳ２１０〜Ｓ２６０）。Ｔ０レジスタに記憶されているサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分ΔＶｔｈが基準電圧２以上になっているかどうか判断し（ステップＳ２７０）、基準電圧２に達していないときは満充電に至っていないと判断してタイマ７４ｇをリセットし（ステップＳ２８０）、再びステップＳ２２０からの処理をくりかえす。変化分ΔＶｔｈが基準電圧２より以上になっているときには満充電に至ったとして充電を終了し（ステップＳ２９０）、本ルーチンを一旦終了する。このように、マイクロコンピュータベースの第２実施形態の充電器７０の場合も前記第１実施形態と同様の効果を有する。また、温度変化率に使用する単位時間の設定もプログラムにより簡単に変更することができる。
【００３０】
［第３実施形態］
つぎに、図６に示す第３実施形態の充電器１１０について説明する。本実施形態の充電器１１０は前記第１実施形態の制御回路２５および充電オンオフ回路２９を変更して構成される。即ち、第３実施形態の制御回路１２５は前記第１実施形態と同様の温度変換回路１１５、温度変化率検出回路１１６およびコンパレータ１１８の他に、電池有無判別回路１２３、タイマ１２４ａ、１２４ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１２５、補正時間設定回路１２６、基準電圧セレクト回路１２７、基準電圧発生器１２８および充電オンオフ制御回路１３３を有する。電池有無判別回路１２３は電池パック１１３がセットされたか否かを判断する。タイマ１２４ａは電池パック１１３が端子に接続されてから設定時間（本実施形態では１分）が経過したときにＡ／Ｄコンバータ１２５にイネーブル信号を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１２５はイネーブル信号を受けた時点で温度変化率検出回路１１６からの温度変化率をディジタル値に変換する。補正時間設定回路１２６はディジタル値に変換された温度変化率に応じて補正時間を設定する。タイマ１２４ｂは設定された補正時間が経過したときに基準電圧セレクト回路１２７にセレクト信号を出力する。基準電圧セレクト回路１２７はＡ／Ｄコンバータ１２５でディジタル値に変換された温度変化率に応じて基準電圧発生器１２８の基準電圧を選択する。基準電圧発生器１２８は直列に接続された抵抗器１２８〜１３２の両端に加えられた電圧から分圧された電圧を基準電圧として発生する。補正時間および基準電圧の補正値はつぎの第８実施形態と同じく図８に示す値が用いられる。また、充電オンオフ回路１１９はアナログスイッチ１１９ａだけから構成され、充電オンオフ制御回路１３３の制御信号にしたがって充電回路１１６をオンオフする。
【００３１】
上記の構成を有する充電器１１０では、電池有無判別回路１２３は端子１２３ａの電圧から電池パック１１３が接続されたかどうかを検出する。電池パック１１３が接続されたことを検出すると、タイマ１２４ａの計測を開始させる。タイマ１２４ａの設定時間（１分）が経過すると、タイマ１２４ａはＡ／Ｄコンバータ１２５にイネーブル信号を出力し、同時に充電オンオフ制御回路１３３に制御信号を出力して充電を開始する。Ａ／Ｄコンバータ１２５はこのイネーブル信号によってディジタル値に変換された温度変化率のデータを補正時間設定回路１２６および基準電圧セレクト回路１２７に出力する。補正時間設定回路１２６は温度変化率のデータにしたがって図８の補正時間を設定する。補正時間が設定されるとタイマ１２４ｂが計測を開始する。また、基準電圧セレクト回路１２７は温度変化率のデータにしたがって基準電圧発生回路１２８に選択信号を出力し、図８の補正値が付加された基準電圧を基準電圧発生回路１２８から選択する。例えば、抵抗器１２９の端子電圧Ｖａを補正された基準電圧とするとき、基準電圧セレクト回路１２７は端子電圧Ｖａの信号ライン１３５をコンパレータ１１８の−入力端子１１８ａに接続する。タイマ１２４ｂが補正時間設定回路１２６によって設定された補正時間を計測し終わると基準電圧セレクト回路１２７に信号を出力する。基準電圧セレクト回路１２７は補正された基準電圧Ｖａから補正なしの基準電圧Ｖｂの選択に切り替える。即ち、補正時間経過後は通常の基準電圧Ｖｂをもとにコンパレータ１１８は充電を制御する。以上示したように、電池パック１１３接続後の電池の温度変化率から電池温度が周囲温度になじむまでの補正時間を予測して基準電圧を補正するので、電池温度が周囲温度になじむまで待つことなく充電を即座に開始できる。したがって、本実施形態の充電器は急速充電に適する。
【００３２】
［第４実施形態］
つぎに、図７に示す第４実施形態の充電器１５０について説明する。この充電器１５０は前記第２実施形態と同様にマイクロコンピュータベースのものである。前記第２実施形態の基準電圧発生器８１および基準電圧発生器８２の代わりに、電池パック１５３が端子１５３ａに接続されているか否かを検出する電池有無検出回路１５２および補正データメモリ１５８がＭＰＵ１５４に接続されている。タイマ１５４ｇ、１５４ｈは２個設けられており、タイマ１５４ｇはサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分の検出するときの単位時間として使用され、タイマ１５４ｈは充電時間の測定に使用される。その他の電気的構成については第２実施形態と同様である。補正データメモリ１５８には温度変化率つまり、サーミスタの電圧変化に対する基準電圧の補正値および補正時間がテーブルで格納されており、図８に示すように、このテーブルは電池パック１５３が接続された後の所定時間（１分）経過後の電池温度の変化を示すサーミスタ電圧の変化（Ｖ）、そのサーミスタ電圧の変化が周囲温度に対してなじむまでの補正時間（ｍｉｎ）および補正値（Ｖ）が示されている。
【００３３】
以上示した構成を有する充電器１５０では、電池パック１５３が接続されるとＭＰＵ１５４は電池温度に対応したサーミスタ電圧ＶｔｈをＡ／Ｄコンバータ１５４ｂを介して読み取り、さらに電池パック１５３が充電器１５０に端子１５３ａに接続されてからの所定時間（１分）後のサーミスタ電圧をＡ／Ｄコンバータ１５４ｂを介して読み取って、この間のサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化を演算する。演算されたサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈを基に補正データメモリ１５８のテーブルを参照して補正時間および補正値をデータバス１５４ｋを介して読み込む。補正時間に達するまでは補正値を加えた基準電圧にしたがって温度変化率の検出を行なう。補正時間に達してからは補正値を加えない基準電圧にしたがって温度変化率の検出を行ない充電を制御する。これらの動作を図９および図１０に示す充電制御フローチャートにしたがって説明する。
【００３４】
本ルーチンはくりかえし実行される。電池パック１５３が端子に接続されてセットされたかどうかを判断し、セットされていないときには本ルーチンを一旦終了する（ステップＳ４１０）。セットされているときにはサーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、バッファレジスタ１５４ｃのＴｉレジスタにサーミスタ電圧Ｖｔｈを記憶する（ステップＳ４２０）。同時にタイマ１５４ｇをスタートし（ステップＳ４３０）、タイマ１５４ｇの設定時間（１分）が経過したら再度サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、その読み取った値をバッファレジスタ１５４ｃのＴ１レジスタに記憶する。Ｔｉレジスタの値からＴ１レジスタの値を引いた値を同じくバッファレジスタ１５４ｃのＴｏレジスタに記憶する（ステップＳ４６０）。ＭＰＵ１５４は補正データメモリ１５８のテーブルを参照して（ステップＳ４７０）Ｔｏレジスタの値から補正時間ｔおよび基準電圧の補正値を決定する（ステップＳ４８０、ステップＳ４９０）。決定された補正時間ｔおよび補正値はＲＡＭ１５４ｆに記憶される。この後、ＭＰＵ１５４は充電オンオフ回路１５９のアナログスイッチ１５９ａをオンにして充電を開始し（ステップＳ５１０）、同時に充電用のタイマ１５４ｈの計測をスタートする（ステップＳ５２０）。サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、バッファレジスタ１５４ｃのＴｉレジスタにサーミスタ電圧Ｖｔｈを記憶する（ステップＳ５３０）。同時にタイマ１５４ｇをスタートし（ステップＳ５４０）、タイマ１５４ｇの設定時間（１０秒）が経過したら（ステップＳ５５０）再びサーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、その値をＴ１レジスタに記憶する（ステップＳ５６０）。Ｔｉレジスタの値からＴ１レジスタの値を引いた値をＴｏレジスタに記憶し（ステップＳ５７０）、Ｔ１レジスタの値をＴｉレジスタに移す（ステップＳ５８０）。
【００３５】
つぎに、タイマ１５４ｈの充電時間が補正時間ｔに達したかどうかを判断する（ステップＳ５９０）。補正時間ｔに達しているときには、Ｔｏレジスタに記憶されたサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈ、即ち温度変化率が基準電圧以上になっているかどうかを判断し（ステップＳ６００）、基準電圧に至っていないときにはタイマ１５４ｇをリセットして（ステップＳ６１０）再び、ステップＳ５４０からのサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈの測定をくりかえす。ステップＳ６００でサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分が基準電圧を越えているときには満充電に至ったとして充電を終了する（ステップＳ６３０）。一方、ステップＳ５９０で充電時間が補正時間ｔに達していないときには、Ｔｏレジスタに記憶されたサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈが補正値を加えた基準電圧以上になっているかどうかを判断する（ステップＳ６２０）。補正した基準電圧（基準電圧に補正値を加えた値）以上になっていれば充電を終了する（ステップＳ６３０）が、基準電圧に達していないときにはタイマ１５４ｇをリセットし、再びステップＳ５４０からのサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈの測定をくりかえす。
【００３６】
以上示したように、本実施形態の充電器１５０は前記第３実施形態と同様の効果が得ることができ、急速充電に適する。
【００３７】
前記第１実施形態〜第４実施形態の充電器においては、電池の温度および温度変化率からだけで充電制御を行っているので、充電器などにサーミスタを設けなくても済ますことができる。
【００３８】
［第５実施形態］
図１１は第５実施形態の充電器１８０の電気的構成を示すブロック図である。この充電器１８０はＣＰＵ１８１、定電圧電源１８２、定電流回路１８３、Ａ／Ｄコンバータ１８６およびサーミスタ１８７を備える。さらに、この第５実施形態の充電器１８０は前記第１〜第４実施形態までの充電器と異なりサーミスタ１８７を充電器１８０の内側に設け、充電器の温度（Ｔｃ）を測定するようにされている。充電器１８０の端子１８０ａ、１８０ｂに着脱自在に接続される電池パック１９０はニッケル水素電池１９４とサーミスタ１９５を組み合わせたものである。ニッケル水素電池１９４は公称電圧１．２Ｖ、公称容量１１００ｍＡｈの電池を５本直列に接続したものであり、サーミスタ１９５はニッケル水素電池１９４の電池温度（Ｔｂ）を測定する。
【００３９】
Ａ／Ｄコンバータ１８６は一定のサンプリング速度でサーミスタ１８７、１９５の信号をディジタル値に変換する。ＣＰＵ１８１はＡ／Ｄコンバータ１８６で変換されたデータをもとに演算を行なって定電流回路１８３を駆動する。また、定電圧電源１８２は安定化電源回路で、ＡＣ１００ＶからＣＰＵ１８１が動作するのに必要なＤＣ５Ｖと定電流回路１８３を動作させるのに必要なＤＣ１０Ｖを出力する。
【００４０】
図１２はニッケル水素電池１９４を充電したときの充電曲線（ａ）および電池表面温度曲線（ｂ）、（ｃ）を示すグラフである。曲線（ｂ）は電池パック１９０を次式（１０Ａ）の条件で充電したときの電池表面温度曲線であり、曲線（ｃ）は電池パック１９０を次式（１０Ｂ）の条件で充電を開始したときの電池表面温度曲線である。
【００４１】
電池温度（Ｔｂ）−充電器温度（Ｔｃ）≧ −５℃ ……（１０Ａ）
電池温度（Ｔｂ）−充電器温度（Ｔｃ）＜ −５℃ ……（１０Ｂ）
電池パック１９０は曲線（ａ）に示すように電池電圧の最大（ｄ）を満充電時としてそれ以降の電圧は徐々に小さくなる特性を示す。電池表面温度曲線の領域（ｆ）では式（１０Ａ）の下で電池の自己発熱により約０．３℃／分の温度上昇率を示す。同じく式（１０Ａ）の下での領域（ｅ）では満充電（ｄ）以降の温度上昇率として１℃／分を示す。また、式（１０Ｂ）の下での領域（ｈ）では電池の自己発熱と周囲温度の温度上昇が加算されて約１．２℃／分の温度上昇率を示す。同じく式（１０Ｂ）の下での領域（ｇ）では満充電以降の温度上昇率として、電池の自己発熱と周囲温度による温度上昇が加算され１．５℃／分以上を示す。このように、式（１０Ａ）の下で充電したときは電池の温度上昇率１℃／分が満充電時を示し、式（１０Ｂ）の下で充電したときは電池の温度上昇率１．５℃／分が満充電時を示す。
【００４２】
つぎに、ＣＰＵ１８１が実行する充電制御ルーチンについて説明する。図１３は充電制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンを開始すると、ＣＰＵ１８１はＡ／Ｄコンバータ１８６によってディジタル化されたデータを１秒間隔で５回サンプリングし、その最大値と最小値を切り捨て３回分のデータの平均をそれぞれとることによって電池温度（Ｔｂ）データと充電器温度（Ｔｃ）データを求める（ステップＳ６１０）。ＣＰＵ１８１は定電流回路１８３に充電開始の指令を出力する（ステップＳ６２０）。充電開始の指令と同時に、ＣＰＵ１８１は内蔵タイマをスタートさせて１分間計測する（ステップＳ６３０）。１分経過すると、再び前述した手順により電池温度（Ｔｂ）データを測定する（ステップＳ６４０）。単位時間を１分とする温度上昇率ｄＴ／ｄｔを次式（２０Ａ）にしたがって算出する（ステップＳ６５０）。
【００４３】
ｄＴ／ｄｔ＝現在の電池温度（Ｔｂ）−１分前の電池温度（Ｔｂ）……（２０Ａ）
つぎに、充電前の電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の差を算出し、その差が（Ｔｂ−Ｔｃ）≧−５℃を満足するかどうかを判断する（ステップＳ６６０）。満足するなら電池温度が十分に充電器温度になじんでいるとして、さらに電池１９４の温度上昇率がｄＴ／ｄｔ≧１℃を満足するかどうかを判断する（ステップＳ６７０）。満足しないのであれば未だ満充電に至っていないとしてステップＳ６３０からの処理をくりかえす。満足していれば満充電に至ったとして本ルーチンを一旦終了する（ステップＳ６９０）。また、ステップＳ６６０で（Ｔｂ−Ｔｃ）≧−５℃を満足しないときは充電器温度になじんでいないとして、さらに温度上昇率がｄＴ／ｄｔ≧１．５℃を満足するかどうかを判断する（ステップＳ６８０）。満足しないのであれば未だ満充電に至っていないとしてステップＳ６３０からの処理をくりかえす。満足していれば満充電に至ったとして本ルーチンを一旦終了する（ステップＳ６９０）。
【００４４】
尚、電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の温度差を−５℃を基準とする２段階よりもっと細かく段階設定してもよく、このとき、充電器温度にどの程度なじんでいるかによって満充電時の温度上昇率を細かく設定できる。
【００４５】
また、電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の温度差を求める際にステップＳ６１０で電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）のそれぞれの温度をＡ／Ｄコンバータ１８６でアナログディジタル変換して温度データを検出していたが、Ａ／Ｄコンバータ１８６の前に差動増幅器を付加して電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の差分をＡ／Ｄコンバータ１８６に入力するようにしてもよい。このような構成にすると、充電開始前の電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の温度差は差動増幅器の出力をＡ／Ｄコンバータ１８６でアナログディジタル変換することによって得ることができ、得られた温度差から前述の式（１０Ａ）、（１０Ｂ）にしたがって満充電時の温度上昇率を設定することができる。また、充電開始後でも充電器温度（Ｔｃ）はほとんど変化しないので、差動増幅器の出力をＡ／Ｄコンバータ１８６を介してＣＰＵ１８１が所定時間毎に取り込むと差動増幅器の出力の変化分は電池温度（Ｔｂ）の変化分を示すことになる。この電池温度（Ｔｂ）の変化分、即ち温度上昇率が満充電時の温度上昇率に達したときに充電を終了する。このように差動増幅器を設けることで、Ａ／Ｄコンバータを１台で済ますことができる。また、ＣＰＵ１８１によるＡ／Ｄコンバータのデータ取込みも半減することができ、処理の高速化に繋がる。
【００４６】
［第６実施形態］
つぎに、第６実施形態として△Ｖ検出方式の充電器２１０について説明する。図１４は充電器２１０の外観を示す斜視図である。携帯型の充電器２１０は本体２１０ａ、家庭用のＡＣコンセントに差し込むＡＣプラグ２１１、充電中に点灯するＬＥＤ２１３、異常時に点灯するＬＥＤ２１５およびバッテリーに接続されるＤＣプラグ２０７を有する。本体２１０ａ内には、図１５に示すように電源回路２４０、スイッチング回路２４５および制御回路２６０が設けられている。電源回路２４０にはＡＣコンセントの商用電圧から２次電圧を出力するトランス２２２、トランス２２２から出力される交流を直流に変換するダイオードブリッジ２２３ａを備えた平滑化回路２２３、ＶＣＣ＝５Ｖの電源電圧を供給する３端子レギュレータ２２９および充電電流を供給する定電流回路２２４が設けれている。この定電流回路２２４は４Ｖから８Ｖのバッテリー電圧範囲において８００ｍＡの電流を供給する。スイッチング回路２４５には充電電流をスイッチングするトランジスタ２２５、バッテリーからの逆流を防止するダイオード２２６、トランジスタ２２５をドライブするトランジスタ２２８が設けられている。制御回路２６０はワンチップマイコン２３０を中心にアンプ２３４、リセットＩＣ２３３、ＬＥＤ２１５、２１３、トランジスタ２３５、２３２などから構成されており、ワンチップマイコン２３０はマイクロプロセッサの他に、周知のＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー、割り込みコントローラ、ＡＤコンバータ、Ｉ／Ｏポート等を内蔵する。
【００４７】
アンプ２３４はバッテリー電圧をレベル変換してワンチップマイコン２３０に内蔵されたＡＤコンバータに出力する。トランジスタ２３５、２３２はそれぞれＬＥＤ２１５、２１３をドライブする。リセットＩＣ２３３はハードウェアリセットに使用され、４．５Ｖを越えるとワンチップマイコン２３０のリセットを解除する。
【００４８】
さらに、ワンチップマイコン２３０には異常検出回路２５０が接続されている。
【００４９】
異常検出回路２５０はワンチップマイコン２３０のカウンタ２３０ｂに接続されたコンパレータ２５３、コンパレータ２５３の＋入力端子に接続される抵抗分圧器２５５、−入力端子に微分回路２５６を介して接続される抵抗分圧器２５８およびＤＣプラグ２０７の端子電圧を反転して抵抗分圧器２５５、２５８に出力する反転増幅器２５７を備える。
【００５０】
このような構成において、ＡＣコンセントにＡＣプラグ２１１が差し込まれるとトランス２２２に商用電圧が供給される。平滑化回路２２３はトランス２２２の二次電圧をダイオードブリッジ２２３ａによって全波整流しコンデンサによって平滑化することで直流電圧に変換し、この直流電圧を定電流回路２２４および３端子レギュレータ２２９に供給する。３端子レギュレータ２２９から供給される電源電圧ＶＣＣが４．５Ｖを越えるとリセットＩＣ２３３はハードウェアリセットを解除し、ワンチップマイコン２３０が動作状態になる。ワンチップマイコン２３０はトランジスタ２２８を駆動し、トランジスタ２２５をオンにする。ここで、バッテリーが接続されているとＤＣプラグ２０７の端子電圧はバッテリー電圧になるが、接続されていないときは解放電圧１６Ｖになる。ＤＣプラグ２０７にバッテリーが接続されているかどうかはアンプ２３４によってレベル変換された端子電圧をワンチップマイコン２３０がＡＤコンバータ２３０ａを介して判断する。ＤＣプラグ２０７にバッテリーが接続されていると解放電圧より低い端子電圧となるが、これは定電流回路２２４によってバッテリーに流れる電流が制限されるため端子電圧が下がるのである。ワンチップマイコン２３０はバッテリーの接続を確認すると、トランジスタ２３２をオンにしてＬＥＤ２１３を点灯し充電中であることを表示する。ワンチップマイコン２３０はＡＤコンバータ２３０ａに入力される端子電圧を一定の間隔でサンプリングして前述した図３０に示す満充電時の電圧変化−ΔＶを検出する。満充電時の電圧変化−ΔＶの検出はＡＤコンバータ２３０ａからの刻々とサンプリングされる電圧の最大値を記憶しておき、この記憶された電圧からつぎにサンプリングされた電圧の差が１００ｍＶに達したことにより行なわれる。満充電時の電圧変化−ΔＶが検出されるとワンチップマイコン２３０はトランジスタ２２５をオフし、充電を終了させると同時にトランジスタ２３２をオフしてＬＥＤ２１３を消灯し使用者に充電の終了を知らせる。
【００５１】
また、コンパレータ２５３の出力端子はワンチップマイコン２３０の割込み端子に接続されており、コンパレータ２５３の出力は＋、−の入力端子にかかる電圧レベルで決定される。すなわち、ＤＣプラグ２０７に急激な電圧変動がなければＤＣプラグ２０７の端子電圧は反転増幅器２５７で反転して抵抗分圧器２５５、２５８に与えられる。抵抗分圧器２５５、２５８では抵抗分圧器２５５で出力される電圧の方が抵抗分圧器２５８で微分回路２５６を介して出力される電圧よりも大きな値となっているので、コンパレータ２５３からＨレベルの出力信号がワンチップマイコン２３０に入力される。ところが、ＤＣプラグ２０７に接触不良が起きて端子電圧に急激な変動が発生すると分圧抵抗器２５８に接続されている微分回路２５６はこの電圧変動を増幅することになり、この変動する微分回路２５６の電圧と抵抗分圧器２５５の電圧を比較してコンパレータ２５３はＨレベルとＬレベルを交互に出力することになる。このとき、ワンチップマイコン２３０はコンパレータ２５３の出力信号の立ち下がりによって割込み処理を実行し、カウンタ２３０ｂのエラーカウント値をインクリメントする。カウンタ２３０ｂの値が一定値に達してオーバフローするとトランジスタ２３５を駆動してＬＥＤ２１５を点灯し異常を表示する。ＬＥＤ２１５が点灯した状態でワンチップマイコン２３０は−△Ｖを検出しても充電中に異常があったとして充電を終了せずに充電を再開する。このとき、ワンチップマイコン２３０に内蔵されたタイマ２３０ｃによってＬＥＤ２１３を０．５秒ごとに点滅させて再充電であることを知らせる。使用者はＬＥＤ２１５の点灯によって異常のあったことを知り、ＬＥＤ２１３の点滅によって再充電であることを知ることができる。
【００５２】
つぎに、ワンチップマイコン２３０によって実行される充電制御ついて説明する。図１６は充電制御ルーチンを示すフローチャートである。ワンチップマイコン２３０は本ルーチンをくりかえし実行し、始めにソフトウェアによるイニシャル処理を行ない、カウンタ２３０ｂをクリア、タイマ２３０ｃをリセット、ＬＥＤ２１３、２１５を消灯するなどの初期化を行なう（ステップＳ７１０）。 つぎに、トランジスタ２２８を駆動してトランジスタ２２５がオンとなり定電流回路２２４によって充電電流の供給を開始する（ステップＳ７２０）。バッテリがＤＣプラグ２０７に接続されるのを待ち（ステップＳ７３０）、バッテリがＤＣプラグ２０７に接続されるとＬＥＤ２１３を点灯する（ステップＳ７４０）。ワンチップマイコン２３０はＡ／Ｄコンバータ２３０ａを介してＤＣプラグ２０７の端子電圧をサンプリングにより入力する（ステップＳ７５０）。サンプリングされたＤＣプラグ２０７の端子電圧が前回までに記憶されている最大値に較べて大きいときには今回サンプリングされた端子電圧を最大値として更新する（ステップＳ７６０）。また、記憶されている最大値に対してサンプリングされたＤＣプラグ２０７の端子電圧が１００ｍＶを下回るまで下がっているかどうかを判断する（ステップＳ７７０）。１００ｍＶを下回るまで下がっていないときは１秒間待った後に（ステップＳ７８０）、ステップＳ７５０に戻って再びサンプリングをサンプリングをくりかえす。ステップＳ７７０で１００ｍＶを下回るまでに下がっていると判断されたときは一旦、トランジスタ２２５をオフして充電電流の供給を停止する（ステップＳ７９０）。カウンタ２３０ｂのエラーカウント値が一定値を越えてオバーフローし異常が起こったかどうかを判断する（ステップＳ８１０）。エラーカウント値が一定値以下で異常のなかったときは満充電に至ったとしてＬＥＤ２１３を消灯し（ステップＳ８７０）、バッテリが外されるのを待って本ルーチンを終了する（ステップＳ８９０）。一方、ステップＳ８１０でエラーカウント値が一定値を越えてオーバフローしているときはＬＥＤ２１５を点灯して異常の起きたことを指示し（ステップＳ８３０）、さらにその異常が連続して起きたかどうかを判断する（ステップＳ８４０）。連続して異常が続いたのであればそれ以上の充電を中止するために前述と同様にＬＥＤ２１３を消灯し（ステップＳ８７０）、バッテリが外されるのを待つ（ステップＳ８９０）。ステップＳ８４０で始めて起きたのだと判断されると、トランジスタ２２５を駆動して充電電流の供給を再開する（ステップＳ８５０）。このとき、タイマ割込みを０．５秒毎に行ってＬＥＤ２１３を交互にＯＮ／ＯＦＦし、点滅表示によって再充電中であることを指示する（ステップＳ８６０）。図１８はＬＥＤ２１３、２１５の表示の態様を示している。この後、再びステップＳ７５０に戻ってＤＣプラグ２０７の端子電圧のサンプリングをくりかえす。
【００５３】
図１７はカウンタ２３０ｂのエラーカウント値が一定値を越えてオーバーフローしたときに、ワンチップマイコン２３０が実行する割込み処理ルーチンのフローチャートである。前述したように、ＤＣプラグ２０７に接触不良などが起きて端子電圧に急激な変動が発生すると分圧抵抗器２５８に接続されている微分回路２５６はこの電圧変動を増幅することになり、この変動する微分回路２５６の電圧と抵抗分圧器２５３の電圧を比較してコンパレータ２５３はＨレベルとＬレベルを交互に出力する。ワンチップマイコン２３０はこの立ち下がり信号によって割込み処理を行い、カウンタ２３０ｂのエラーカウント値がオーバーフローしていない間はインクリメントする（ステップＳ９２０、Ｓ９２５）が、オバーフローするとそれ以後なにもせず割込み処理ルーチンを終了する。
【００５４】
以上示したように、本実施形態によればＤＣプラグ２０７の端子とバッテリの間に接触不良が起きて充電不足のまま充電が終了しても、その充電中に異常のあったことをＬＥＤ２１５によって表示するので充電不足であることを使用者は容易に知ることができ、バッテリにＤＣプラグを差し直すなどの処置によって充電不良を回避できる。また、一過性の充電電圧の変動に対しては即座に異常と判断して充電を中断しないので、しかも連続して異常と判断されない限り中断した充電を再開させるので、充電不良の発生を極めて抑えることができる。
【００５５】
［第７実施形態］
本実施形態の充電器２８０は前記第６実施形態の充電器２１０の表示制御の部分を違えるだけで構成されるので、以下に相違する部分の構成を説明する。図１９は充電器２８０の外観を示す斜視図である。図において、特に説明を要しない部分は、前記第６実施形態と同じ符号で示す。この充電器２８０には前記第６実施形態のＬＥＤ２１３、２１５の代わりに緑色、赤色のＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂが一体に成形された２色発光ダイオードが設けられている。ＬＥＤを駆動する回路は前記第６実施形態と同じであり、ＬＥＤ２１３、２１５をそれぞれ緑色、赤色のＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂにするだけでよい。ワンチップマイコンが実行する充電制御ルーチンは、前記第６実施形態のステップＳ７９０〜ステップＳ８９０部分を変更するもので、図２０に示すようにステップＳ８３０の代わりにステップＳ８８７に変更し、ステップＳ８７０とステップＳ８９０の間にステップＳ８７５およびステップＳ８８５を追加して構成される。即ち、カウンタでエラーカウント値がオーバーフローしていて異常があったときはＬＥＤを点灯させる代わりにワンチップマイコンのＲＡＭに異常状態であることをフラグのセットにより記憶しておく（ステップＳ９１５）。始めての異常であればＬＥＤ２８５ａを点滅させて（ステップＳ８８８）充電を再開するが、異常が連続しているときには緑色のＬＥＤ２８５ａを消灯する（ステップＳ８７３）。この後、途中で異常があったかどうかをＲＡＭに記憶されているフラグの状態から判断し（ステップＳ８７５）、異常がなければバッテリが外されるのを待つ。異常があったときには赤色のＬＥＤ２８５ｂを点灯してから同様に待つ（ステップＳ８８５）。したがって、緑色、赤色のＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂの表示態様は図２１に示すように示される。
【００５６】
［第８実施形態］
本実施形態の充電器２９０も前記第６実施形態の充電器２１０の表示制御の部分を違えるだけで構成されるので、以下に相違する部分の構成を説明する。図２２は充電器２９０の外観を示す斜視図である。図において、特に説明を要しない部分は、前記第６実施形態と同じ符号で示す。この充電器２９０は前記第６実施形態のＬＥＤを液晶表示（ＬＣＤ）モジュール２９４に変更して構成される。図２３に示すように、前記第６実施形態のＬＥＤ２１３、２１５の駆動回路の代わりにＬＣＤモジュール２９４がワンチップマイコン２９５に接続されており、このＬＣＤモジュール２９４はワンチップマイコン２９５に内蔵されたＬＣＤドライバによって駆動される。その他の電気的構成は前記第６実施形態と同様である。
【００５７】
ワンチップマイコン２９５が実行する充電制御ルーチンは前記第６実施形態の表示制御に係る部分を変更して構成され、ここではその変更部分についてだけ説明する。図２４および図２５に示すように、ワンチップマイコン２９５はイニシャル処理においてＬＣＤモジュール２９４に「ＲＥＡＤＹ」のメッセージを表示する（ステップＳ９０１）。バッテリがＤＣプラグに接続されると「ジュウデン」を表示する（ステップＳ９０４）。前記第７実施形態と同様に充電中に異常があったときは異常状態をワンチップマイコンのＲＡＭにフラグをセットすることで記憶し（ステップＳ９１５）、始めての異常であればＬＣＤモジュール９４０に「リトライ」と表示して（ステップＳ９１８）充電を再開する。連続して異常が起きたときは「エラー」を表示し（ステップＳ９１９）、１度異常があった後に再充電により満充電に至ったときは「リトライＯＫ」と表示して（ステップＳ９２０）バッテリが外されるのを待って本ルーチンを終了する。また、全く異常なく満充電に至ったときには「シュウリョウ」と表示して（ステップＳ９１１）本ルーチンを終了する。
【００５８】
［第９実施形態］
本実施形態の充電器も前記第６実施形態の充電器２１０にタイマ機能を付加して構成されるが、タイマは前記第６実施形態で示したワンチップマイコン２３０に内蔵されたタイマ２３０ｃを用いているので電気的構成を特に変更させなくても実現できる。定電流回路は１５０ｍＡの充電電流を供給する。本実施形態の充電制御ルーチンを図２６に示すフローチャートにしたがって説明するが、本ルーチンは第６実施形態のステップＳ７５０〜ステップＳ７８０をステップＳ９５５およびステップＳ９５６に置き換えることで構成される。図において、特に説明を要しない部分は、前記第６実施形態と同じ符号で示す。即ち、ワンチップマイコンはバッテリがＤＣプラグに接続されて充電を開始し、ＬＥＤの点灯と同時にタイマをスタートさせる（ステップＳ９５５）。タイマが８時間経過するまで充電を続ける（ステップＳ９５６）。８時間経過したら充電を停止し、前記第６実施形態と同様にカウンタのエラーカウント値がオバーフローしているかどうかを判断してその後の充電制御を行なう。
【００５９】
尚、上記実施形態は本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、サーミスタを内蔵した電池パックに限らず、サーミスタの内蔵していない電池であってもよく、電池を充電器にセットするとサーミスタが電池表面に接触して電池の温度を測定できるようにされたものでもよい。また、温度を検出する素子として、金属酸化物からなるサーミスタ以外にバイメタル式の温度センサ等を使用することができる。また、サーミスタは正特性（ＰＴＣ）、負特性（ＮＴＣ）のいずれも用いることができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、端子電圧の変動のくりかえしが検出されるときは充電の異常を報知手段により示すので、使用者は充電の異常を容易に知ることができる。したがって、使用者は電池を端子に接続し直して再充電を図ってもよい。電圧の変動のくりかえしを検出する検出回数が所定回数を越えないときは一旦、終了した充電を再開するので、一過性の電圧変動による充電終了を排除することができる。また、報知手段により再充電が示されるので、使用者は再充電であることを容易に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の充電器１０の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】温度変化率検出回路２６の構成を示す回路図である。
【図３】第２実施形態の充電器７０の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】ＭＰＵ７４が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図４に続く充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態の充電器１１０の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態の充電器１５０の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】サーミスタ電圧変化に対応する補正時間および補正値を示す説明図である。
【図９】ＭＰＵ１５４が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図９に続く充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】第５実施形態の充電器１８０の電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】充電時間に対する電池電圧および電池温度の特性を示す説明図である。
【図１３】ＣＰＵ１８１が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第６実施形態の充電器２１０の外観を示す斜視図である。
【図１５】充電器２１０の電気的構成を示す回路図である。
【図１６】ワンチップマイコン２３０が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】ワンチップマイコン２３０が実行する割り込み処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】ＬＥＤ２１３、２１５の表示態様を示す説明図である。
【図１９】第７実施形態の充電器２８０の外観を示す斜視図である。
【図２０】充電器２８０によって実行される充電制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図２１】ＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂの表示態様を示す説明図である。
【図２２】第８実施形態の充電器２９０の外観を示す斜視図である。
【図２３】充電器２９０の電気的構成の一部を示すブロック図である。
【図２４】ワンチップマイコン２９５が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２５】図２４に続く充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】第９実施形態の充電器が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】従来の充電器の電気的構成を示すブロック図である。
【図２８】従来の充電器３００の外観を示す斜視図である。
【図２９】充電器３００の電気的構成を示す回路図である。
【図３０】充電時間に対する電池電圧を示す特性図である。
【図３１】充電時間に対する端子電圧を示す特性図である。
【符号の説明】
１０… 充電器
１１… 電池
１３… 電池パック
１４… サーミスタ
２６… 温度変化率検出回路
２７、２８… コンパレータ
２９… 充電オンオフ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池の充電を制御する充電器および充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ニッカド電池やニッケル水素電池などの二次電池の充電を制御する充電器として、満充電時における電池の温度上昇率から充電完了を検出するいわゆるΔＴ検出方式のものと、満充電時における電池の電圧降下から充電完了を検出するいわゆるΔＶ検出方式のものが知られている。
【０００３】
例えば、図２７に示すようにΔＴ検出方式の充電器１００は定電圧電源１０６、定電流回路１０１、ＣＰＵ１０５およびＡ／Ｄコンバータ１０２を有し、接続された電池パック１０７に定電流回路１０１から一定の充電電流を供給する。電池パック１０７は数本の電池１０３とサーミスタ１０４を組み合わせて一体化されたものであり、電池１０３の外装表面に取り付けられたサーミスタ１０４によって電池１０３の温度が検出される。検出された電池温度はＡ／Ｄコンバータ１０２によってＣＰＵ１０５が取り扱えるデータに変換される。ＣＰＵ１０５は電池温度が１℃／分以上の温度上昇率を示したときに満充電であるとして充電電流の供給を停止する。
【０００４】
つぎに、図２８〜図３０にしたがってΔＶ検出方式の充電器３００を説明する。携帯型の充電器３００は本体３００ａ、家庭用のＡＣコンセントに差し込むＡＣプラグ３０１、充電中に点灯するＬＥＤ３１１およびバッテリーに接続されるＤＣプラグ３０７を有する。本体３００ａ内には電源回路３３０、スイッチング回路３４０および制御回路３５０が設けられている。電源回路３３０にはＡＣコンセントの商用電圧から２次電圧を出力するトランス４０２、トランス４０２から出力される交流を直流に変換するダイオードブリッジ４０３ａを備えた平滑化回路４０３、ＶＣＣ＝５Ｖの電源電圧を供給する３端子レギュレータ４０９および充電電流を供給する定電流回路４０４が設けれている。この定電流回路４０４は４Ｖから８Ｖのバッテリー電圧範囲において８００ｍＡの電流を供給する。スイッチング回路３４０には充電電流をスイッチングするトランジスタ４０５、バッテリーからの逆流を防止するダイオード４０６、トランジスタ４０５をドライブするトランジスタ４０８が設けられている。制御回路３５０はワンチップマイコン４１０を中心にアンプ４１４、リセットＩＣ４１３、ＬＥＤ４１１、トランジスタ４１２などから構成されており、ワンチップマイコン４１０はマイクロプロセッサの他に、周知のＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー、割り込みコントローラ、ＡＤコンバータ、Ｉ／Ｏポート等を内蔵する。アンプ４１４はバッテリー電圧をレベル変換してワンチップマイコン４１０に内蔵されたＡＤコンバータに出力する。トランジスタ４１２はＬＥＤ４１１をドライブする。リセットＩＣ４１３はハードウェアリセットに使用され、４．５Ｖを越えるとワンチップマイコン４１０のリセットを解除する。
【０００５】
このような構成において、ＡＣコンセントにＡＣプラグ３０２が差し込まれるとトランス４０２に商用電圧が供給される。平滑化回路４０３はトランス４０２の二次電圧をダイオードブリッジ４０３ａによって全波整流しコンデンサによって平滑化することで直流電圧に変換し、この直流電圧を定電流回路４０４および３端子レギュレータ４０９に供給する。３端子レギュレータ４０９から供給される電源電圧ＶＣＣが４．５Ｖを越えるとリセットＩＣ４１３はハードウェアリセットを解除し、ワンチップマイコン４１０が動作状態になる。ワンチップマイコン４１０はトランジスタ４０８を駆動し、トランジスタ４０５をオンにする。ここで、バッテリーが接続されているとＤＣプラグ４０７の端子電圧はバッテリー電圧になるが、接続されていないときは解放電圧１６Ｖになる。ＤＣプラグ４０７にバッテリーが接続されているかどうかはアンプ４１４によってレベル変換された端子電圧をワンチップマイコン４１０がＡＤコンバータを介して判断する。ＤＣプラグ４０７にバッテリーが接続されていると解放電圧より低い端子電圧となるが、これは定電流回路４０４によってバッテリーに流れる電流が制限されるため端子電圧が下がるのである。ワンチップマイコン４１０はバッテリーの接続を確認すると、トランジスタ４１２をオンにしてＬＥＤ４１１を点灯し充電中であることを表示する。ワンチップマイコン４１０はＡＤコンバータに入力される端子電圧を一定の間隔でサンプリングして図３０に示す満充電時の電圧変化−ΔＶを検出する。満充電時の電圧変化−ΔＶの検出はＡＤコンバータからの刻々とサンプリングされる電圧の最大値を記憶しておき、この記憶された電圧からつぎにサンプリングされた電圧の差が１００ｍＶに達したことにより行なわれる。満充電時の電圧変化−ΔＶが検出されるとワンチップマイコン４１０はトランジスタ４０８をオフし、充電を終了させると同時にトランジスタ４１２をオフしてＬＥＤ４１１を消灯し使用者に充電の終了を知らせる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ΔＴ検出方式およびΔＶ検出方式のいずれの充電器においても以下に示すように充電不良になってしまうことがあった。ΔＴ検出方式の充電器では、サーミスタ１０４より検出される電池パック１０７内の電池温度が充電器が置かれた周囲温度より極めて低い状態で充電される場合、例えば０℃の屋外で使用した電池パックをほぼその０℃の状態のまま２０℃の屋内に置かれた充電器にセットして充電を開始するときなどである。このとき、電池パック１０７内の電池１０３は、充電時に発生する熱によって起こる温度上昇に充電器の周囲から流れ込む熱によって起こる温度上昇が加わって温度上昇することになる。サーミスタ１０４で検出される温度上昇率が１℃／分を越えると満充電と判断するが、このように周囲の温度の影響も加わっているので、温度上昇率が１℃／分に至ったときを満充電と判断して充電を終了すると充電不足となってしまう問題があった。また、温度上昇率を１℃／分より高い値に設定しておくと電池の温度が周囲の温度とあまり変わらないときに今度は過充電となってしまうことが考えられた。
【０００７】
同様に、ΔＶ検出方式の充電器では、満充電時の電圧変化−ΔＶを検出する際に、ＤＣプラグ４０７にバッテリーがうまく接続されておらず接触不良があると図３１に示すように接点の断続的な接触によって急激な電圧変動がくりかえされることがある。そのようなときにその電圧変動を満充電時の電圧変化−ΔＶであると判断して充電を終了してしまうことがあった。その結果、使用者が知らないままに充電不良が起きていた。
【０００８】
そこで、これらの問題を解決するために、本発明は充電不良を防止できる充電器および充電方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の充電器は、端子に接続された電池を充電する充電手段と、前記端子の電圧を測定する端子電圧測定手段と、この端子電圧測定手段によって測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、この電圧降下検出手段によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する充電制御手段とを備えた充電器であって、前記充電手段による前記電池の充電中に前記端子電圧測定手段により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する連続変動検出手段と、この連続変動検出手段によって前記電圧の変動のくりかえしが検出されたときに前記充電の異常を示す報知手段とを備える。
【００１０】
さらに、第２の発明の充電器は、端子に接続された電池を充電する充電手段と、前記端子の電圧を測定する端子電圧測定手段と、この端子電圧測定手段によって測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、この電圧降下検出手段によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する充電制御手段とを備えた充電器であって、前記充電手段による前記電池の充電中に前記端子電圧測定手段により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する連続変動検出手段と、この連続変動検出手段によって前記電圧の変動のくりかえしが検出される検出回数を計数する連続変動計数手段と、この連続変動計数手段によって計数される前記検出回数が所定回数に達しないときは前記充電制御手段によって終了した充電を再開する再充電手段とを備える。
【００１１】
また、第３の発明は、前記再充電手段によって充電が再開されたことを示す報知手段を備える。
【００１２】
また、第４の発明は、端子に接続された電池を充電する充電工程と、前記端子の電圧を測定する電圧測定工程と、該測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する工程と、該検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する工程とを有する充電方法であって、前記充電工程による前記電池の充電中に前記電圧測定工程により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する変動検出工程と、前記変動検出工程によって前記電圧の変動のくりかえしが検出されたときに前記充電の異常を示す工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、第５の発明の充電方法は、端子に接続された電池を充電する充電工程と、前記端子の電圧を測定する電圧測定工程と、該測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出工程と、該電圧降下検出工程によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する工程とを有する充電方法であって、前記充電工程による前記電池の充電中に前記電圧測定工程により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する変動検出工程と、該変動検出工程によって前記電圧の変動のくりかえしが検出される検出回数を計数する計数工程と、該計数工程によって計数される前記検出回数が所定回数に達しないときは終了した充電を再開する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は第１実施形態の充電器１０の電気的構成を示すブロック図である。充電器１０は充電回路１６、制御回路２５および充電オンオフ回路２９を備え、端子１４に電池パック１３が接続される。電池パック１３にはいわゆるニッカド電池１１およびサーミスタ１２が組み込まれており、サーミスタ１２は電池１１の表面温度を検出する。
【００１６】
制御回路２５はサーミスタ１２の端子電圧を温度データに変換する温度変換回路１５、単位時間当りの温度の変化を示す温度変化率を検出する温度変化率検出回路２６の他に、コンパレータ２７、２８、アナログスイッチ２１を備える。コンパレータ２７は温度変化率検出回路２６からの温度変化率を基準電圧１と比較し、電池の温度変化率が基準電圧１を下回ったかどうかを判別する。基準電圧１は電池温度と周囲温度の開きが小さくなって電池温度が十分に周囲になじんだときの電池の温度変化率に相当する電圧（本実施形態では０．５℃／ｍｉｎの温度変化率に相当する電圧）に予め設定されている。
【００１７】
コンパレータ２８はコンパレータ２７と同様に温度変化率検出回路２６からの温度変化率を基準電圧２と比較し、満充電時の温度変化率であるか否かを判別する。基準電圧２は満充電時の温度変化率に相当する電圧（本実施形態では１℃／ｍｉｎの温度変化率に相当する電圧）に予め設定されている。コンパレータ２８の＋入力端子には抵抗器２２が接続されており、アナログスイッチ２１がオフのときに＋入力端子をプルブウンする。また、コンパレータ２７の出力とコンパレータ２８の反転出力を入力とするアンドゲート２３が設けられており、これを論理積演算しその出力をＲＳフリップフロップ３１のＳ端子に入力することでＲＳフリップフロップ３１のＳ端子およびＲ端子が同時にＨレベルになるのを防いでいる。
【００１８】
温度変換回路１５はアンプおよびボルテージフォロワからなり、サーミスタ電圧Ｖｔｈを次段の温度変化率検出回路２６に適した電圧に調整する。
【００１９】
温度変化率検出回路２６は図２に示すように遅延回路４１、ＯＰアンプ５６および各抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒｆ１、Ｒｆ２を備える。遅延回路４１は温度変換回路１５によって増幅されたサーミスタ電圧を一定時間遅らせて出力する。ＯＰアンプ５６は抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒｆ１、Ｒｆ２とともに差動増幅器を形成する。抵抗器Ｒ１に流れる電流Ｉ１、抵抗器Ｒｆ１に流れる電流Ｉｆ１、抵抗器Ｒ２に流れる電流Ｉ２、抵抗器Ｒｆ２に流れる電流Ｉｆ２、ＯＰアンプ５６の＋入力端子にかかる電圧Ｖｐ、ＯＰアンプ５６の−入力端子にかかる電圧Ｖｎ、ＯＰアンプ５６の出力電圧Ｖｏ、サーミスタ電圧Ｖｔｈ、遅延回路４１を介したサーミスタ電圧Ｖｔｈ１と符号付けすると、ＯＰアンプ５６の出力電圧Ｖｏはつぎの関係式（１ａ〜４ａ）から
Ｖｏ＝Ｖｐ−Ｉｆ１・Ｒｆ１ ……（１ａ）
Ｖｐ＝Ｒｆ２×Ｖｔｈ／（Ｒ２＋Ｒｆ２） ……（２ａ）
Ｉｆ１＝Ｉ１＝（Ｖｔｈ１−Ｖｐ）／Ｒ１ ……（３ａ）
Ｒ１＝Ｒ２ ……（４ａ）
Ｒ１＝Ｒｆ１ ……（５ａ）
次式（１０Ａ）のように表される。
【００２０】
Ｖｏ＝Ｖｔｈ−Ｖｔｈ１ ……（１０ａ）
したがって、ＯＰアンプ５６はサーミスタ電圧Ｖｔｈと遅延回路４１で遅延されたサーミスタ電圧Ｖｔｈ１の変化分を出力する。これにより遅延回路４１で設定された遅延時間を単位とするサーミスタ電圧の変化率、即ち電池１１の温度変化率を検出することができる。遅延回路４１はＣＣＤを遅延素子として構成することができる。
【００２１】
充電オンオフ回路２９はＲＳフリップフロップ３１およびアナログスイッチ３２を有する。ＲＳフリップフロップ３１のＳ端子にＨレベル信号を入力するとＱ端子の出力がＨレベルになってアナログスイッチ３２がオンとなり、Ｒ端子にＨレベル信号を入力するとＱ端子の出力がＬレベルになってアナログスイッチ３２がオフとなる。充電回路１６は定電流回路を中心に構成され、充電オンオフ回路２９のアナログスイッチ３２によってオンオフされる。
【００２２】
上記の構成を有する充電器１０の充電制御について説明する。充電器１０の端子１４に接続された電池パック１３の電池温度が周囲温度に較べて低いときは電池温度は徐々に上昇していき高いときは徐々に下降していき、やがて電池温度は周囲温度になじんでいく。電池温度が周囲温度になじんでいないときは温度変化率検出回路２６から出力される温度変化率は基準電圧１に較べて大きな値となるので、コンパレータ２７の出力はＬレベルになる。このとき、アンドゲート２３の出力もＬレベルになり、そのままＲＳフリップフロップ３１のＳ端子はＬレベルになる。したがって、アナログスイッチ３２はオフであり、充電回路１６はオンにならず電池パック１３は充電されない。このとき、コンパレータ２８の＋入力端子がＬレベルなのでＲＳフリップフロップ３１のＲ端子はＬレベルのままでＱ端子の出力に影響を与えない。
【００２３】
つぎに、時間が経過して電池温度が周囲温度になじんでくると温度変化率は徐々に小さな値となる。温度変化率がコンパレータ２７の基準電圧１以下になるとコンパレータ２７の出力はＨレベルとなってＲＳフリップフロップ３１のＱ端子がＨレベルにセットされるので、これによりアナログスイッチ３２がオンになり充電回路１６をオンして電池１１に充電が開始される。また、温度変化率検出回路２６はコンパレータ２７の出力を信号ライン２７ａを介してフィードバックしており、コンパレータ２７の−入力端子にその後もＬレベルを出力し続け、コンパレータ２７の出力をＨレベルに保持する。このとき、アナログスイッチ２１はオンとなり、コンパレータ２８による温度変化率の検出が開始される。満充電時までは、基準電圧２の方が電池１１の温度変化率より大きいのでコンパレータ２８からＬレベルが出力されて充電は継続する。
【００２４】
電池温度が満充電の状態に近づくにつれて温度変化率は大きくなり、ついに基準電圧２を越えるとコンパレータ２８の出力はＨレベルになってＲＳフリップフロップ３１をリセットする。これによりアナログスイッチ３２はオフとなり充電回路１６による充電は終了する。
【００２５】
以上示したように、電池パック１３を端子１４に接続した後に電池温度が周囲温度になじんだことをその電池温度曲線の傾きである温度変化率から判断し十分なじんだことを確認してから充電を開始するので、周囲温度と電池温度の開きが大きいことによる電池温度の急な温度変化率を排除でき、満充電に至らないで充電を終了するといった充電不足を解消できる。
【００２６】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態の充電器７０の構成を示すブロック図である。第２実施形態の充電器７０は前記第１実施形態の充電器１０における制御回路２５およびＲＳフリップフロップ３１を除いて代わりにマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）７４を設けて構成される。このマイクロプロセッサユニット７４は周知のＣＰＵ７４ｄ、ＲＯＭ７４ｅ、ＲＡＭ７４ｆの他に、バッファレジスタ７４ｃ、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート７４ａ、Ａ／Ｄコンバータ７４ｂおよびタイマ７４ｇを備えたワンチップマイコンである。ＭＰＵ７４には充電オンオフ回路７９のアナログスイッチ７９ａがＩ／Ｏポート７４ａを介して接続されている。また、ＭＰＵ７４には基準電圧発生回路８１、８２および電池パック８３のサーミスタ８５がＡ／Ｄコンバータ７４ｂを介して接続されている。基準電圧発生回路８１、８２にはそれぞれ基準値を設定するための分割抵抗器８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂが接続されており、それぞれ基準電圧１、基準電圧２を発生する。基準電圧１、基準電圧２は前記第１実施形態と同じ値に設定されている。
【００２７】
ＭＰＵ７４はサーミスタ８５と抵抗器８４とで設定されるサーミスタ電圧Ｖｔｈを前述のＡ／Ｄコンバータ７４ｂを介して読取り、読み取ったデータから単位時間当たりの温度変化、つまり温度変化率を計算し、その計算された温度変化率が基準電圧発生回路８１で発生する基準電圧１より小さくなるまで、つまり、温度変化率が十分に小さくなるまでは充電を開始せず、小さくなってからＩ／Ｏポート７４ａを介して充電オンオフ回路７９にＨレベルの制御信号を出力する。アナログスイッチ７９ａはオンになり充電回路８０は充電を開始する。充電開始後は温度変化率が基準電圧発生回路８２で発生される基準電圧２より大きくなるまで充電を続け、大きくなったらＬレベルの制御信号を充電オンオフ回路７９に出力して充電を終了する。
【００２８】
図４および図５はＭＰＵ７４が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。ＭＰＵ７４は起動するとくりかえし本ルーチンを実行する。始めに、電池パック８３がセットされているかどうかを判断し（ステップＳ１１０）、セットされていなければ本ルーチンを一旦終了する。セットされているときにはサーミスタ電圧Ｖｔｈの判定ステップＳ１１５を実行する。まず、サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、バッファレジスタ７４ｃ内のＴｉレジスタにその値を記憶する（ステップＳ１２０）。つぎに、タイマ７４ｇをスタートし（ステップＳ１３０）、１０秒経過するのを待つ（ステップＳ１４０）。１０秒経過後に再び、サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、その値をバッファレジスタ７４ｃ内のＴ１レジスタに記憶する（ステップＳ１５０）。Ｔｉレジスタの値からＴ１レジスタの値を差し引き、そのサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分ΔＶｔｈをＴ０レジスタに記憶すると（ステップＳ１６０）、さらにＴ１レジスタの値をＴｉレジスタに移してつぎのサーミスタ電圧Ｖｔｈの読み込みに備える。サーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分ΔＶｔｈが基準電圧１に較べて小さいかどうか判断し（ステップＳ１８０）、基準電圧１に較べて大きいときにはまだ電池温度と周囲温度に開きがあるとして充電をスタートさせることなく、一旦、タイマ７４ｇをリセットして再びステップＳ１３０からの処理をくりかえす（ステップＳ１９０）。
【００２９】
前述のステップＳ１８０で、変化分ΔＶｔｈが基準電圧１に較べて大きいと判断されたときは充電オンオフ回路７９にＨレベルの制御信号を出力して充電をスタートさせる（ステップＳ２００）。充電が開始されたら、前述のサーミスタ電圧Ｖｔｈの判定ステップＳ１１５と同様の判定ステップ２１５を実行する。即ち、サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取りその値をＴｉレジスタに記憶すると、タイマ７４ｇをスタートさせて１０秒経過するのを待ち、１０秒経過したら再びサーミスタ電圧Ｖｔｈを読み込んでその変化分ΔＶｔｈをＴ０レジスタに記憶する。Ｔ１レジスタの値をＴｉレジスタに移してつぎのサーミスタ電圧Ｖｔｈの読み込みに備える（ステップＳ２１０〜Ｓ２６０）。Ｔ０レジスタに記憶されているサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分ΔＶｔｈが基準電圧２以上になっているかどうか判断し（ステップＳ２７０）、基準電圧２に達していないときは満充電に至っていないと判断してタイマ７４ｇをリセットし（ステップＳ２８０）、再びステップＳ２２０からの処理をくりかえす。変化分ΔＶｔｈが基準電圧２より以上になっているときには満充電に至ったとして充電を終了し（ステップＳ２９０）、本ルーチンを一旦終了する。このように、マイクロコンピュータベースの第２実施形態の充電器７０の場合も前記第１実施形態と同様の効果を有する。また、温度変化率に使用する単位時間の設定もプログラムにより簡単に変更することができる。
【００３０】
［第３実施形態］
つぎに、図６に示す第３実施形態の充電器１１０について説明する。本実施形態の充電器１１０は前記第１実施形態の制御回路２５および充電オンオフ回路２９を変更して構成される。即ち、第３実施形態の制御回路１２５は前記第１実施形態と同様の温度変換回路１１５、温度変化率検出回路１１６およびコンパレータ１１８の他に、電池有無判別回路１２３、タイマ１２４ａ、１２４ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１２５、補正時間設定回路１２６、基準電圧セレクト回路１２７、基準電圧発生器１２８および充電オンオフ制御回路１３３を有する。電池有無判別回路１２３は電池パック１１３がセットされたか否かを判断する。タイマ１２４ａは電池パック１１３が端子に接続されてから設定時間（本実施形態では１分）が経過したときにＡ／Ｄコンバータ１２５にイネーブル信号を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１２５はイネーブル信号を受けた時点で温度変化率検出回路１１６からの温度変化率をディジタル値に変換する。補正時間設定回路１２６はディジタル値に変換された温度変化率に応じて補正時間を設定する。タイマ１２４ｂは設定された補正時間が経過したときに基準電圧セレクト回路１２７にセレクト信号を出力する。基準電圧セレクト回路１２７はＡ／Ｄコンバータ１２５でディジタル値に変換された温度変化率に応じて基準電圧発生器１２８の基準電圧を選択する。基準電圧発生器１２８は直列に接続された抵抗器１２８〜１３２の両端に加えられた電圧から分圧された電圧を基準電圧として発生する。補正時間および基準電圧の補正値はつぎの第８実施形態と同じく図８に示す値が用いられる。また、充電オンオフ回路１１９はアナログスイッチ１１９ａだけから構成され、充電オンオフ制御回路１３３の制御信号にしたがって充電回路１１６をオンオフする。
【００３１】
上記の構成を有する充電器１１０では、電池有無判別回路１２３は端子１２３ａの電圧から電池パック１１３が接続されたかどうかを検出する。電池パック１１３が接続されたことを検出すると、タイマ１２４ａの計測を開始させる。タイマ１２４ａの設定時間（１分）が経過すると、タイマ１２４ａはＡ／Ｄコンバータ１２５にイネーブル信号を出力し、同時に充電オンオフ制御回路１３３に制御信号を出力して充電を開始する。Ａ／Ｄコンバータ１２５はこのイネーブル信号によってディジタル値に変換された温度変化率のデータを補正時間設定回路１２６および基準電圧セレクト回路１２７に出力する。補正時間設定回路１２６は温度変化率のデータにしたがって図８の補正時間を設定する。補正時間が設定されるとタイマ１２４ｂが計測を開始する。また、基準電圧セレクト回路１２７は温度変化率のデータにしたがって基準電圧発生回路１２８に選択信号を出力し、図８の補正値が付加された基準電圧を基準電圧発生回路１２８から選択する。例えば、抵抗器１２９の端子電圧Ｖａを補正された基準電圧とするとき、基準電圧セレクト回路１２７は端子電圧Ｖａの信号ライン１３５をコンパレータ１１８の−入力端子１１８ａに接続する。タイマ１２４ｂが補正時間設定回路１２６によって設定された補正時間を計測し終わると基準電圧セレクト回路１２７に信号を出力する。基準電圧セレクト回路１２７は補正された基準電圧Ｖａから補正なしの基準電圧Ｖｂの選択に切り替える。即ち、補正時間経過後は通常の基準電圧Ｖｂをもとにコンパレータ１１８は充電を制御する。以上示したように、電池パック１１３接続後の電池の温度変化率から電池温度が周囲温度になじむまでの補正時間を予測して基準電圧を補正するので、電池温度が周囲温度になじむまで待つことなく充電を即座に開始できる。したがって、本実施形態の充電器は急速充電に適する。
【００３２】
［第４実施形態］
つぎに、図７に示す第４実施形態の充電器１５０について説明する。この充電器１５０は前記第２実施形態と同様にマイクロコンピュータベースのものである。前記第２実施形態の基準電圧発生器８１および基準電圧発生器８２の代わりに、電池パック１５３が端子１５３ａに接続されているか否かを検出する電池有無検出回路１５２および補正データメモリ１５８がＭＰＵ１５４に接続されている。タイマ１５４ｇ、１５４ｈは２個設けられており、タイマ１５４ｇはサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分の検出するときの単位時間として使用され、タイマ１５４ｈは充電時間の測定に使用される。その他の電気的構成については第２実施形態と同様である。補正データメモリ１５８には温度変化率つまり、サーミスタの電圧変化に対する基準電圧の補正値および補正時間がテーブルで格納されており、図８に示すように、このテーブルは電池パック１５３が接続された後の所定時間（１分）経過後の電池温度の変化を示すサーミスタ電圧の変化（Ｖ）、そのサーミスタ電圧の変化が周囲温度に対してなじむまでの補正時間（ｍｉｎ）および補正値（Ｖ）が示されている。
【００３３】
以上示した構成を有する充電器１５０では、電池パック１５３が接続されるとＭＰＵ１５４は電池温度に対応したサーミスタ電圧ＶｔｈをＡ／Ｄコンバータ１５４ｂを介して読み取り、さらに電池パック１５３が充電器１５０に端子１５３ａに接続されてからの所定時間（１分）後のサーミスタ電圧をＡ／Ｄコンバータ１５４ｂを介して読み取って、この間のサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化を演算する。演算されたサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈを基に補正データメモリ１５８のテーブルを参照して補正時間および補正値をデータバス１５４ｋを介して読み込む。補正時間に達するまでは補正値を加えた基準電圧にしたがって温度変化率の検出を行なう。補正時間に達してからは補正値を加えない基準電圧にしたがって温度変化率の検出を行ない充電を制御する。これらの動作を図９および図１０に示す充電制御フローチャートにしたがって説明する。
【００３４】
本ルーチンはくりかえし実行される。電池パック１５３が端子に接続されてセットされたかどうかを判断し、セットされていないときには本ルーチンを一旦終了する（ステップＳ４１０）。セットされているときにはサーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、バッファレジスタ１５４ｃのＴｉレジスタにサーミスタ電圧Ｖｔｈを記憶する（ステップＳ４２０）。同時にタイマ１５４ｇをスタートし（ステップＳ４３０）、タイマ１５４ｇの設定時間（１分）が経過したら再度サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、その読み取った値をバッファレジスタ１５４ｃのＴ１レジスタに記憶する。Ｔｉレジスタの値からＴ１レジスタの値を引いた値を同じくバッファレジスタ１５４ｃのＴｏレジスタに記憶する（ステップＳ４６０）。ＭＰＵ１５４は補正データメモリ１５８のテーブルを参照して（ステップＳ４７０）Ｔｏレジスタの値から補正時間ｔおよび基準電圧の補正値を決定する（ステップＳ４８０、ステップＳ４９０）。決定された補正時間ｔおよび補正値はＲＡＭ１５４ｆに記憶される。この後、ＭＰＵ１５４は充電オンオフ回路１５９のアナログスイッチ１５９ａをオンにして充電を開始し（ステップＳ５１０）、同時に充電用のタイマ１５４ｈの計測をスタートする（ステップＳ５２０）。サーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、バッファレジスタ１５４ｃのＴｉレジスタにサーミスタ電圧Ｖｔｈを記憶する（ステップＳ５３０）。同時にタイマ１５４ｇをスタートし（ステップＳ５４０）、タイマ１５４ｇの設定時間（１０秒）が経過したら（ステップＳ５５０）再びサーミスタ電圧Ｖｔｈを読み取り、その値をＴ１レジスタに記憶する（ステップＳ５６０）。Ｔｉレジスタの値からＴ１レジスタの値を引いた値をＴｏレジスタに記憶し（ステップＳ５７０）、Ｔ１レジスタの値をＴｉレジスタに移す（ステップＳ５８０）。
【００３５】
つぎに、タイマ１５４ｈの充電時間が補正時間ｔに達したかどうかを判断する（ステップＳ５９０）。補正時間ｔに達しているときには、Ｔｏレジスタに記憶されたサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈ、即ち温度変化率が基準電圧以上になっているかどうかを判断し（ステップＳ６００）、基準電圧に至っていないときにはタイマ１５４ｇをリセットして（ステップＳ６１０）再び、ステップＳ５４０からのサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈの測定をくりかえす。ステップＳ６００でサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分が基準電圧を越えているときには満充電に至ったとして充電を終了する（ステップＳ６３０）。一方、ステップＳ５９０で充電時間が補正時間ｔに達していないときには、Ｔｏレジスタに記憶されたサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈが補正値を加えた基準電圧以上になっているかどうかを判断する（ステップＳ６２０）。補正した基準電圧（基準電圧に補正値を加えた値）以上になっていれば充電を終了する（ステップＳ６３０）が、基準電圧に達していないときにはタイマ１５４ｇをリセットし、再びステップＳ５４０からのサーミスタ電圧Ｖｔｈの変化分△Ｖｔｈの測定をくりかえす。
【００３６】
以上示したように、本実施形態の充電器１５０は前記第３実施形態と同様の効果が得ることができ、急速充電に適する。
【００３７】
前記第１実施形態〜第４実施形態の充電器においては、電池の温度および温度変化率からだけで充電制御を行っているので、充電器などにサーミスタを設けなくても済ますことができる。
【００３８】
［第５実施形態］
図１１は第５実施形態の充電器１８０の電気的構成を示すブロック図である。この充電器１８０はＣＰＵ１８１、定電圧電源１８２、定電流回路１８３、Ａ／Ｄコンバータ１８６およびサーミスタ１８７を備える。さらに、この第５実施形態の充電器１８０は前記第１〜第４実施形態までの充電器と異なりサーミスタ１８７を充電器１８０の内側に設け、充電器の温度（Ｔｃ）を測定するようにされている。充電器１８０の端子１８０ａ、１８０ｂに着脱自在に接続される電池パック１９０はニッケル水素電池１９４とサーミスタ１９５を組み合わせたものである。ニッケル水素電池１９４は公称電圧１．２Ｖ、公称容量１１００ｍＡｈの電池を５本直列に接続したものであり、サーミスタ１９５はニッケル水素電池１９４の電池温度（Ｔｂ）を測定する。
【００３９】
Ａ／Ｄコンバータ１８６は一定のサンプリング速度でサーミスタ１８７、１９５の信号をディジタル値に変換する。ＣＰＵ１８１はＡ／Ｄコンバータ１８６で変換されたデータをもとに演算を行なって定電流回路１８３を駆動する。また、定電圧電源１８２は安定化電源回路で、ＡＣ１００ＶからＣＰＵ１８１が動作するのに必要なＤＣ５Ｖと定電流回路１８３を動作させるのに必要なＤＣ１０Ｖを出力する。
【００４０】
図１２はニッケル水素電池１９４を充電したときの充電曲線（ａ）および電池表面温度曲線（ｂ）、（ｃ）を示すグラフである。曲線（ｂ）は電池パック１９０を次式（１０Ａ）の条件で充電したときの電池表面温度曲線であり、曲線（ｃ）は電池パック１９０を次式（１０Ｂ）の条件で充電を開始したときの電池表面温度曲線である。
【００４１】
電池温度（Ｔｂ）−充電器温度（Ｔｃ）≧ −５℃ ……（１０Ａ）
電池温度（Ｔｂ）−充電器温度（Ｔｃ）＜ −５℃ ……（１０Ｂ）
電池パック１９０は曲線（ａ）に示すように電池電圧の最大（ｄ）を満充電時としてそれ以降の電圧は徐々に小さくなる特性を示す。電池表面温度曲線の領域（ｆ）では式（１０Ａ）の下で電池の自己発熱により約０．３℃／分の温度上昇率を示す。同じく式（１０Ａ）の下での領域（ｅ）では満充電（ｄ）以降の温度上昇率として１℃／分を示す。また、式（１０Ｂ）の下での領域（ｈ）では電池の自己発熱と周囲温度の温度上昇が加算されて約１．２℃／分の温度上昇率を示す。同じく式（１０Ｂ）の下での領域（ｇ）では満充電以降の温度上昇率として、電池の自己発熱と周囲温度による温度上昇が加算され１．５℃／分以上を示す。このように、式（１０Ａ）の下で充電したときは電池の温度上昇率１℃／分が満充電時を示し、式（１０Ｂ）の下で充電したときは電池の温度上昇率１．５℃／分が満充電時を示す。
【００４２】
つぎに、ＣＰＵ１８１が実行する充電制御ルーチンについて説明する。図１３は充電制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンを開始すると、ＣＰＵ１８１はＡ／Ｄコンバータ１８６によってディジタル化されたデータを１秒間隔で５回サンプリングし、その最大値と最小値を切り捨て３回分のデータの平均をそれぞれとることによって電池温度（Ｔｂ）データと充電器温度（Ｔｃ）データを求める（ステップＳ６１０）。ＣＰＵ１８１は定電流回路１８３に充電開始の指令を出力する（ステップＳ６２０）。充電開始の指令と同時に、ＣＰＵ１８１は内蔵タイマをスタートさせて１分間計測する（ステップＳ６３０）。１分経過すると、再び前述した手順により電池温度（Ｔｂ）データを測定する（ステップＳ６４０）。単位時間を１分とする温度上昇率ｄＴ／ｄｔを次式（２０Ａ）にしたがって算出する（ステップＳ６５０）。
【００４３】
ｄＴ／ｄｔ＝現在の電池温度（Ｔｂ）−１分前の電池温度（Ｔｂ）……（２０Ａ）
つぎに、充電前の電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の差を算出し、その差が（Ｔｂ−Ｔｃ）≧−５℃を満足するかどうかを判断する（ステップＳ６６０）。満足するなら電池温度が十分に充電器温度になじんでいるとして、さらに電池１９４の温度上昇率がｄＴ／ｄｔ≧１℃を満足するかどうかを判断する（ステップＳ６７０）。満足しないのであれば未だ満充電に至っていないとしてステップＳ６３０からの処理をくりかえす。満足していれば満充電に至ったとして本ルーチンを一旦終了する（ステップＳ６９０）。また、ステップＳ６６０で（Ｔｂ−Ｔｃ）≧−５℃を満足しないときは充電器温度になじんでいないとして、さらに温度上昇率がｄＴ／ｄｔ≧１．５℃を満足するかどうかを判断する（ステップＳ６８０）。満足しないのであれば未だ満充電に至っていないとしてステップＳ６３０からの処理をくりかえす。満足していれば満充電に至ったとして本ルーチンを一旦終了する（ステップＳ６９０）。
【００４４】
尚、電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の温度差を−５℃を基準とする２段階よりもっと細かく段階設定してもよく、このとき、充電器温度にどの程度なじんでいるかによって満充電時の温度上昇率を細かく設定できる。
【００４５】
また、電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の温度差を求める際にステップＳ６１０で電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）のそれぞれの温度をＡ／Ｄコンバータ１８６でアナログディジタル変換して温度データを検出していたが、Ａ／Ｄコンバータ１８６の前に差動増幅器を付加して電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の差分をＡ／Ｄコンバータ１８６に入力するようにしてもよい。このような構成にすると、充電開始前の電池温度（Ｔｂ）と充電器温度（Ｔｃ）の温度差は差動増幅器の出力をＡ／Ｄコンバータ１８６でアナログディジタル変換することによって得ることができ、得られた温度差から前述の式（１０Ａ）、（１０Ｂ）にしたがって満充電時の温度上昇率を設定することができる。また、充電開始後でも充電器温度（Ｔｃ）はほとんど変化しないので、差動増幅器の出力をＡ／Ｄコンバータ１８６を介してＣＰＵ１８１が所定時間毎に取り込むと差動増幅器の出力の変化分は電池温度（Ｔｂ）の変化分を示すことになる。この電池温度（Ｔｂ）の変化分、即ち温度上昇率が満充電時の温度上昇率に達したときに充電を終了する。このように差動増幅器を設けることで、Ａ／Ｄコンバータを１台で済ますことができる。また、ＣＰＵ１８１によるＡ／Ｄコンバータのデータ取込みも半減することができ、処理の高速化に繋がる。
【００４６】
［第６実施形態］
つぎに、第６実施形態として△Ｖ検出方式の充電器２１０について説明する。図１４は充電器２１０の外観を示す斜視図である。携帯型の充電器２１０は本体２１０ａ、家庭用のＡＣコンセントに差し込むＡＣプラグ２１１、充電中に点灯するＬＥＤ２１３、異常時に点灯するＬＥＤ２１５およびバッテリーに接続されるＤＣプラグ２０７を有する。本体２１０ａ内には、図１５に示すように電源回路２４０、スイッチング回路２４５および制御回路２６０が設けられている。電源回路２４０にはＡＣコンセントの商用電圧から２次電圧を出力するトランス２２２、トランス２２２から出力される交流を直流に変換するダイオードブリッジ２２３ａを備えた平滑化回路２２３、ＶＣＣ＝５Ｖの電源電圧を供給する３端子レギュレータ２２９および充電電流を供給する定電流回路２２４が設けれている。この定電流回路２２４は４Ｖから８Ｖのバッテリー電圧範囲において８００ｍＡの電流を供給する。スイッチング回路２４５には充電電流をスイッチングするトランジスタ２２５、バッテリーからの逆流を防止するダイオード２２６、トランジスタ２２５をドライブするトランジスタ２２８が設けられている。制御回路２６０はワンチップマイコン２３０を中心にアンプ２３４、リセットＩＣ２３３、ＬＥＤ２１５、２１３、トランジスタ２３５、２３２などから構成されており、ワンチップマイコン２３０はマイクロプロセッサの他に、周知のＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー、割り込みコントローラ、ＡＤコンバータ、Ｉ／Ｏポート等を内蔵する。
【００４７】
アンプ２３４はバッテリー電圧をレベル変換してワンチップマイコン２３０に内蔵されたＡＤコンバータに出力する。トランジスタ２３５、２３２はそれぞれＬＥＤ２１５、２１３をドライブする。リセットＩＣ２３３はハードウェアリセットに使用され、４．５Ｖを越えるとワンチップマイコン２３０のリセットを解除する。
【００４８】
さらに、ワンチップマイコン２３０には異常検出回路２５０が接続されている。
【００４９】
異常検出回路２５０はワンチップマイコン２３０のカウンタ２３０ｂに接続されたコンパレータ２５３、コンパレータ２５３の＋入力端子に接続される抵抗分圧器２５５、−入力端子に微分回路２５６を介して接続される抵抗分圧器２５８およびＤＣプラグ２０７の端子電圧を反転して抵抗分圧器２５５、２５８に出力する反転増幅器２５７を備える。
【００５０】
このような構成において、ＡＣコンセントにＡＣプラグ２１１が差し込まれるとトランス２２２に商用電圧が供給される。平滑化回路２２３はトランス２２２の二次電圧をダイオードブリッジ２２３ａによって全波整流しコンデンサによって平滑化することで直流電圧に変換し、この直流電圧を定電流回路２２４および３端子レギュレータ２２９に供給する。３端子レギュレータ２２９から供給される電源電圧ＶＣＣが４．５Ｖを越えるとリセットＩＣ２３３はハードウェアリセットを解除し、ワンチップマイコン２３０が動作状態になる。ワンチップマイコン２３０はトランジスタ２２８を駆動し、トランジスタ２２５をオンにする。ここで、バッテリーが接続されているとＤＣプラグ２０７の端子電圧はバッテリー電圧になるが、接続されていないときは解放電圧１６Ｖになる。ＤＣプラグ２０７にバッテリーが接続されているかどうかはアンプ２３４によってレベル変換された端子電圧をワンチップマイコン２３０がＡＤコンバータ２３０ａを介して判断する。ＤＣプラグ２０７にバッテリーが接続されていると解放電圧より低い端子電圧となるが、これは定電流回路２２４によってバッテリーに流れる電流が制限されるため端子電圧が下がるのである。ワンチップマイコン２３０はバッテリーの接続を確認すると、トランジスタ２３２をオンにしてＬＥＤ２１３を点灯し充電中であることを表示する。ワンチップマイコン２３０はＡＤコンバータ２３０ａに入力される端子電圧を一定の間隔でサンプリングして前述した図３０に示す満充電時の電圧変化−ΔＶを検出する。満充電時の電圧変化−ΔＶの検出はＡＤコンバータ２３０ａからの刻々とサンプリングされる電圧の最大値を記憶しておき、この記憶された電圧からつぎにサンプリングされた電圧の差が１００ｍＶに達したことにより行なわれる。満充電時の電圧変化−ΔＶが検出されるとワンチップマイコン２３０はトランジスタ２２５をオフし、充電を終了させると同時にトランジスタ２３２をオフしてＬＥＤ２１３を消灯し使用者に充電の終了を知らせる。
【００５１】
また、コンパレータ２５３の出力端子はワンチップマイコン２３０の割込み端子に接続されており、コンパレータ２５３の出力は＋、−の入力端子にかかる電圧レベルで決定される。すなわち、ＤＣプラグ２０７に急激な電圧変動がなければＤＣプラグ２０７の端子電圧は反転増幅器２５７で反転して抵抗分圧器２５５、２５８に与えられる。抵抗分圧器２５５、２５８では抵抗分圧器２５５で出力される電圧の方が抵抗分圧器２５８で微分回路２５６を介して出力される電圧よりも大きな値となっているので、コンパレータ２５３からＨレベルの出力信号がワンチップマイコン２３０に入力される。ところが、ＤＣプラグ２０７に接触不良が起きて端子電圧に急激な変動が発生すると分圧抵抗器２５８に接続されている微分回路２５６はこの電圧変動を増幅することになり、この変動する微分回路２５６の電圧と抵抗分圧器２５５の電圧を比較してコンパレータ２５３はＨレベルとＬレベルを交互に出力することになる。このとき、ワンチップマイコン２３０はコンパレータ２５３の出力信号の立ち下がりによって割込み処理を実行し、カウンタ２３０ｂのエラーカウント値をインクリメントする。カウンタ２３０ｂの値が一定値に達してオーバフローするとトランジスタ２３５を駆動してＬＥＤ２１５を点灯し異常を表示する。ＬＥＤ２１５が点灯した状態でワンチップマイコン２３０は−△Ｖを検出しても充電中に異常があったとして充電を終了せずに充電を再開する。このとき、ワンチップマイコン２３０に内蔵されたタイマ２３０ｃによってＬＥＤ２１３を０．５秒ごとに点滅させて再充電であることを知らせる。使用者はＬＥＤ２１５の点灯によって異常のあったことを知り、ＬＥＤ２１３の点滅によって再充電であることを知ることができる。
【００５２】
つぎに、ワンチップマイコン２３０によって実行される充電制御ついて説明する。図１６は充電制御ルーチンを示すフローチャートである。ワンチップマイコン２３０は本ルーチンをくりかえし実行し、始めにソフトウェアによるイニシャル処理を行ない、カウンタ２３０ｂをクリア、タイマ２３０ｃをリセット、ＬＥＤ２１３、２１５を消灯するなどの初期化を行なう（ステップＳ７１０）。 つぎに、トランジスタ２２８を駆動してトランジスタ２２５がオンとなり定電流回路２２４によって充電電流の供給を開始する（ステップＳ７２０）。バッテリがＤＣプラグ２０７に接続されるのを待ち（ステップＳ７３０）、バッテリがＤＣプラグ２０７に接続されるとＬＥＤ２１３を点灯する（ステップＳ７４０）。ワンチップマイコン２３０はＡ／Ｄコンバータ２３０ａを介してＤＣプラグ２０７の端子電圧をサンプリングにより入力する（ステップＳ７５０）。サンプリングされたＤＣプラグ２０７の端子電圧が前回までに記憶されている最大値に較べて大きいときには今回サンプリングされた端子電圧を最大値として更新する（ステップＳ７６０）。また、記憶されている最大値に対してサンプリングされたＤＣプラグ２０７の端子電圧が１００ｍＶを下回るまで下がっているかどうかを判断する（ステップＳ７７０）。１００ｍＶを下回るまで下がっていないときは１秒間待った後に（ステップＳ７８０）、ステップＳ７５０に戻って再びサンプリングをサンプリングをくりかえす。ステップＳ７７０で１００ｍＶを下回るまでに下がっていると判断されたときは一旦、トランジスタ２２５をオフして充電電流の供給を停止する（ステップＳ７９０）。カウンタ２３０ｂのエラーカウント値が一定値を越えてオバーフローし異常が起こったかどうかを判断する（ステップＳ８１０）。エラーカウント値が一定値以下で異常のなかったときは満充電に至ったとしてＬＥＤ２１３を消灯し（ステップＳ８７０）、バッテリが外されるのを待って本ルーチンを終了する（ステップＳ８９０）。一方、ステップＳ８１０でエラーカウント値が一定値を越えてオーバフローしているときはＬＥＤ２１５を点灯して異常の起きたことを指示し（ステップＳ８３０）、さらにその異常が連続して起きたかどうかを判断する（ステップＳ８４０）。連続して異常が続いたのであればそれ以上の充電を中止するために前述と同様にＬＥＤ２１３を消灯し（ステップＳ８７０）、バッテリが外されるのを待つ（ステップＳ８９０）。ステップＳ８４０で始めて起きたのだと判断されると、トランジスタ２２５を駆動して充電電流の供給を再開する（ステップＳ８５０）。このとき、タイマ割込みを０．５秒毎に行ってＬＥＤ２１３を交互にＯＮ／ＯＦＦし、点滅表示によって再充電中であることを指示する（ステップＳ８６０）。図１８はＬＥＤ２１３、２１５の表示の態様を示している。この後、再びステップＳ７５０に戻ってＤＣプラグ２０７の端子電圧のサンプリングをくりかえす。
【００５３】
図１７はカウンタ２３０ｂのエラーカウント値が一定値を越えてオーバーフローしたときに、ワンチップマイコン２３０が実行する割込み処理ルーチンのフローチャートである。前述したように、ＤＣプラグ２０７に接触不良などが起きて端子電圧に急激な変動が発生すると分圧抵抗器２５８に接続されている微分回路２５６はこの電圧変動を増幅することになり、この変動する微分回路２５６の電圧と抵抗分圧器２５３の電圧を比較してコンパレータ２５３はＨレベルとＬレベルを交互に出力する。ワンチップマイコン２３０はこの立ち下がり信号によって割込み処理を行い、カウンタ２３０ｂのエラーカウント値がオーバーフローしていない間はインクリメントする（ステップＳ９２０、Ｓ９２５）が、オバーフローするとそれ以後なにもせず割込み処理ルーチンを終了する。
【００５４】
以上示したように、本実施形態によればＤＣプラグ２０７の端子とバッテリの間に接触不良が起きて充電不足のまま充電が終了しても、その充電中に異常のあったことをＬＥＤ２１５によって表示するので充電不足であることを使用者は容易に知ることができ、バッテリにＤＣプラグを差し直すなどの処置によって充電不良を回避できる。また、一過性の充電電圧の変動に対しては即座に異常と判断して充電を中断しないので、しかも連続して異常と判断されない限り中断した充電を再開させるので、充電不良の発生を極めて抑えることができる。
【００５５】
［第７実施形態］
本実施形態の充電器２８０は前記第６実施形態の充電器２１０の表示制御の部分を違えるだけで構成されるので、以下に相違する部分の構成を説明する。図１９は充電器２８０の外観を示す斜視図である。図において、特に説明を要しない部分は、前記第６実施形態と同じ符号で示す。この充電器２８０には前記第６実施形態のＬＥＤ２１３、２１５の代わりに緑色、赤色のＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂが一体に成形された２色発光ダイオードが設けられている。ＬＥＤを駆動する回路は前記第６実施形態と同じであり、ＬＥＤ２１３、２１５をそれぞれ緑色、赤色のＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂにするだけでよい。ワンチップマイコンが実行する充電制御ルーチンは、前記第６実施形態のステップＳ７９０〜ステップＳ８９０部分を変更するもので、図２０に示すようにステップＳ８３０の代わりにステップＳ８８７に変更し、ステップＳ８７０とステップＳ８９０の間にステップＳ８７５およびステップＳ８８５を追加して構成される。即ち、カウンタでエラーカウント値がオーバーフローしていて異常があったときはＬＥＤを点灯させる代わりにワンチップマイコンのＲＡＭに異常状態であることをフラグのセットにより記憶しておく（ステップＳ９１５）。始めての異常であればＬＥＤ２８５ａを点滅させて（ステップＳ８８８）充電を再開するが、異常が連続しているときには緑色のＬＥＤ２８５ａを消灯する（ステップＳ８７３）。この後、途中で異常があったかどうかをＲＡＭに記憶されているフラグの状態から判断し（ステップＳ８７５）、異常がなければバッテリが外されるのを待つ。異常があったときには赤色のＬＥＤ２８５ｂを点灯してから同様に待つ（ステップＳ８８５）。したがって、緑色、赤色のＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂの表示態様は図２１に示すように示される。
【００５６】
［第８実施形態］
本実施形態の充電器２９０も前記第６実施形態の充電器２１０の表示制御の部分を違えるだけで構成されるので、以下に相違する部分の構成を説明する。図２２は充電器２９０の外観を示す斜視図である。図において、特に説明を要しない部分は、前記第６実施形態と同じ符号で示す。この充電器２９０は前記第６実施形態のＬＥＤを液晶表示（ＬＣＤ）モジュール２９４に変更して構成される。図２３に示すように、前記第６実施形態のＬＥＤ２１３、２１５の駆動回路の代わりにＬＣＤモジュール２９４がワンチップマイコン２９５に接続されており、このＬＣＤモジュール２９４はワンチップマイコン２９５に内蔵されたＬＣＤドライバによって駆動される。その他の電気的構成は前記第６実施形態と同様である。
【００５７】
ワンチップマイコン２９５が実行する充電制御ルーチンは前記第６実施形態の表示制御に係る部分を変更して構成され、ここではその変更部分についてだけ説明する。図２４および図２５に示すように、ワンチップマイコン２９５はイニシャル処理においてＬＣＤモジュール２９４に「ＲＥＡＤＹ」のメッセージを表示する（ステップＳ９０１）。バッテリがＤＣプラグに接続されると「ジュウデン」を表示する（ステップＳ９０４）。前記第７実施形態と同様に充電中に異常があったときは異常状態をワンチップマイコンのＲＡＭにフラグをセットすることで記憶し（ステップＳ９１５）、始めての異常であればＬＣＤモジュール９４０に「リトライ」と表示して（ステップＳ９１８）充電を再開する。連続して異常が起きたときは「エラー」を表示し（ステップＳ９１９）、１度異常があった後に再充電により満充電に至ったときは「リトライＯＫ」と表示して（ステップＳ９２０）バッテリが外されるのを待って本ルーチンを終了する。また、全く異常なく満充電に至ったときには「シュウリョウ」と表示して（ステップＳ９１１）本ルーチンを終了する。
【００５８】
［第９実施形態］
本実施形態の充電器も前記第６実施形態の充電器２１０にタイマ機能を付加して構成されるが、タイマは前記第６実施形態で示したワンチップマイコン２３０に内蔵されたタイマ２３０ｃを用いているので電気的構成を特に変更させなくても実現できる。定電流回路は１５０ｍＡの充電電流を供給する。本実施形態の充電制御ルーチンを図２６に示すフローチャートにしたがって説明するが、本ルーチンは第６実施形態のステップＳ７５０〜ステップＳ７８０をステップＳ９５５およびステップＳ９５６に置き換えることで構成される。図において、特に説明を要しない部分は、前記第６実施形態と同じ符号で示す。即ち、ワンチップマイコンはバッテリがＤＣプラグに接続されて充電を開始し、ＬＥＤの点灯と同時にタイマをスタートさせる（ステップＳ９５５）。タイマが８時間経過するまで充電を続ける（ステップＳ９５６）。８時間経過したら充電を停止し、前記第６実施形態と同様にカウンタのエラーカウント値がオバーフローしているかどうかを判断してその後の充電制御を行なう。
【００５９】
尚、上記実施形態は本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、サーミスタを内蔵した電池パックに限らず、サーミスタの内蔵していない電池であってもよく、電池を充電器にセットするとサーミスタが電池表面に接触して電池の温度を測定できるようにされたものでもよい。また、温度を検出する素子として、金属酸化物からなるサーミスタ以外にバイメタル式の温度センサ等を使用することができる。また、サーミスタは正特性（ＰＴＣ）、負特性（ＮＴＣ）のいずれも用いることができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、端子電圧の変動のくりかえしが検出されるときは充電の異常を報知手段により示すので、使用者は充電の異常を容易に知ることができる。したがって、使用者は電池を端子に接続し直して再充電を図ってもよい。電圧の変動のくりかえしを検出する検出回数が所定回数を越えないときは一旦、終了した充電を再開するので、一過性の電圧変動による充電終了を排除することができる。また、報知手段により再充電が示されるので、使用者は再充電であることを容易に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の充電器１０の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】温度変化率検出回路２６の構成を示す回路図である。
【図３】第２実施形態の充電器７０の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】ＭＰＵ７４が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図４に続く充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態の充電器１１０の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態の充電器１５０の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】サーミスタ電圧変化に対応する補正時間および補正値を示す説明図である。
【図９】ＭＰＵ１５４が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図９に続く充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】第５実施形態の充電器１８０の電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】充電時間に対する電池電圧および電池温度の特性を示す説明図である。
【図１３】ＣＰＵ１８１が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第６実施形態の充電器２１０の外観を示す斜視図である。
【図１５】充電器２１０の電気的構成を示す回路図である。
【図１６】ワンチップマイコン２３０が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】ワンチップマイコン２３０が実行する割り込み処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】ＬＥＤ２１３、２１５の表示態様を示す説明図である。
【図１９】第７実施形態の充電器２８０の外観を示す斜視図である。
【図２０】充電器２８０によって実行される充電制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図２１】ＬＥＤ２８５ａ、２８５ｂの表示態様を示す説明図である。
【図２２】第８実施形態の充電器２９０の外観を示す斜視図である。
【図２３】充電器２９０の電気的構成の一部を示すブロック図である。
【図２４】ワンチップマイコン２９５が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２５】図２４に続く充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】第９実施形態の充電器が実行する充電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】従来の充電器の電気的構成を示すブロック図である。
【図２８】従来の充電器３００の外観を示す斜視図である。
【図２９】充電器３００の電気的構成を示す回路図である。
【図３０】充電時間に対する電池電圧を示す特性図である。
【図３１】充電時間に対する端子電圧を示す特性図である。
【符号の説明】
１０… 充電器
１１… 電池
１３… 電池パック
１４… サーミスタ
２６… 温度変化率検出回路
２７、２８… コンパレータ
２９… 充電オンオフ回路
Claims (5)
- 端子に接続された電池を充電する充電手段と、
前記端子の電圧を測定する端子電圧測定手段と、
この端子電圧測定手段によって測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、
この電圧降下検出手段によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する充電制御手段とを備えた充電器であって、
前記充電手段による前記電池の充電中に前記端子電圧測定手段により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する連続変動検出手段と、
この連続変動検出手段によって前記電圧の変動のくりかえしが検出されたときに前記充電の異常を示す報知手段とを備えたことを特徴とする充電器。 - 端子に接続された電池を充電する充電手段と、
前記端子の電圧を測定する端子電圧測定手段と、
この端子電圧測定手段によって測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、
この電圧降下検出手段によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する充電制御手段とを備えた充電器であって、
前記充電手段による前記電池の充電中に前記端子電圧測定手段により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する連続変動検出手段と、
この連続変動検出手段によって前記電圧の変動のくりかえしが検出される検出回数を計数する連続変動計数手段と、
この連続変動計数手段によって計数される前記検出回数が所定回数に達しないときは前記充電制御手段によって終了した充電を再開する再充電手段とを備えたことを特徴とする充電器。 - 前記再充電手段によって充電が再開されたことを示す報知手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の充電器。
- 端子に接続された電池を充電する充電工程と、
前記端子の電圧を測定する電圧測定工程と、
該測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する工程と、
該検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する工程とを有する充電方法であって、
前記充電工程による前記電池の充電中に前記電圧測定工程により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する変動検出工程と、
前記変動検出工程によって前記電圧の変動のくりかえしが検出されたときに前記充電の異常を示す工程とを備えたことを特徴とする充電方法。 - 端子に接続された電池を充電する充電工程と、
前記端子の電圧を測定する電圧測定工程と、
該測定される前記電圧の所定の電圧降下を検出する電圧降下検出工程と、
該電圧降下検出工程によって検出される前記電圧の前記所定の電圧降下に応じて前記充電を終了する工程とを有する充電方法であって、
前記充電工程による前記電池の充電中に前記電圧測定工程により測定される前記電圧の変動のくりかえしを検出する変動検出工程と、
該変動検出工程によって前記電圧の変動のくりかえしが検出される検出回数を計数する計数工程と、
該計数工程によって計数される前記検出回数が所定回数に達しないときは終了した充電を再開する工程とを有することを特徴とする充電方法。
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