JP4101219B2 - 充電器 - Google Patents

Description

本発明は、充電する電池の温度を検出しながら充電する充電器に関する。

電池は、充電されると温度が上昇する。とくに、満充電に近付くと電池温度は急激に上昇する。電池の温度上昇は、電池特性を低下させる原因となる。電池の性能低下を防止するために、電池温度を検出するための温度センサーを備える充電器が開発されている（特許文献１及び２参照）。
特開２００２−１９９６０９号公報 特開平５−３０６６９号公報

特許文献１に記載される充電器は、温度センサーを軟質チューブに入れて、パック電池の表面に接触させる。この温度センサーは、軟質チューブを介して電池の表面に接触されて、電池温度を検出する。特許文献２に記載される充電器は、温度センサーをコイルスプリングで押し出して、パック電池の熱伝導部品に熱結合させる。この温度センサーは、熱伝導部品を介して電池温度を検出する。

これ等の公報に記載される充電器は、温度センサーで電池温度を検出し、たとえば電池温度が設定温度よりも高くなることを検出して充電電流を遮断する。この構造の充電器は、電池温度を正確に検出するのが難しい。電池温度は、温度センサーを直接に電池に接触させても、必ずしも正確には検出できない。図１は、本出願人が検討した構造であって、電池２の表面に直接に温度検出素子部４Ａを備える温度センサー４を押圧して接触させても、図の矢印で示すように、電池２と温度センサー４との間にできる空隙に外部からの冷たい空気が流入し、この空気の冷却作用で、温度センサー４が電池温度を正確に検出できなくなるからである。さらに、図２は、本出願人が更に検討した構造であって、電池２の熱を金属プレート５０に吸収して、吸収した熱を温度センサー４に伝導する構造を示している。この構造は、まず、電池を繰り返し着脱して充電する場合、電池２と金属プレート５０との間に空間（図示せず）が生じ、電池２の温度を適切に測定することが難しくなる。そして、電池２の熱を金属プレート５０に伝導することはできるが、金属プレート５０が矢印で示すように空気で冷却される。このため、この構造によっても、電池温度を正確に検出することはできない。以上のように、温度センサーを電池に直接に接触させ、あるいは金属プレートを介して接触させる構造によっても、電池温度は正確に検出できない。また、時間遅れが発生しないように、電池温度をリアルタイムに正確に検出するのはさらに難しい。検出の時間の遅れは、充電器に内蔵しているマイコンでもって、検出された温度を補正して、ある程度は修正できる。しかしながら、マイコンによる補正は、充電末期の急激な温度上昇や、繰り返し充電による温度環境の変動に対して、高い精度で補正できない。温度センサーと電池温度カーブが同じ挙動を示すことがなく、電池温度の急激な変動に温度センサーが追随できなくなるからである。温度勾配が大きくなると、温度センサーの検出温度と電池温度との差がしだいに大きくなって、電池温度を正確に検出するのはさらに難しくなる。

電池温度を検出する回路を保護機能とする充電器は、それほど高い精度で温度を検出することが要求されない。しかしながら、電池温度を検出し、電池温度で平均充電電流を制御し、常に電池温度が一定の温度に保持されるように平均充電電流をコントロールする充電器は、電池温度を極めて高い精度で検出することが大切である。

さらに、充電する電池温度を検出する構造として、図３と図４に示す構造を採用した充電器が発売されている。この構造は、ケース５１に設けている電池ポケット５２の底面５３を、円筒型電池２に沿う形状とし、底面５３の山部下面に温度センサー４を配設している。温度センサー４は、山部の下面に設けた凹部５４にはめ込むようにして配設される。この構造において、電池２の熱は、矢印で示す経路で温度センサー４に伝導される。熱の経路は以下の通りである。
(1) 電池自身の熱伝導
(2) 電池→空気層→ケースへの熱伝導
(3) ケースの熱伝導
(4) ケース→空気層→温度センサーへの熱伝導

この構造は、電池から温度センサーまでの熱の伝導経路が長く、またケースの底面が空気で冷却されるために、電池と温度センサーとの温度差が大きくなり、また、電池の温度が上昇して、電池と温度センサーとが同じ温度となるまでに時間差が大きく、正確に時間遅れなく電池温度を検出できない欠点を解消できない。

本発明はこのような欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、温度センサーでもって、電池温度を高い精度で、しかも時間遅れを少なく正確に検出して電池を理想的な温度状態で充電できる充電器を提供することにある。

本発明の充電器は、充電する電池２を脱着できるように装着する電池ポケット３をケース１に備え、この電池ポケット３に装着される電池２に接触して電池温度を検出する温度検出部１２と、温度検出部１２で電池温度を検出して、電池２の充電をコントロールする充電回路を備える。温度検出部１２は、熱伝導プレート２８と、この熱伝導プレート２８に固定している温度センサー４とを備える。熱伝導プレート２８は、温度センサー４を上下で挟着する一対の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂと、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを第１の端部で連結している弾性連結アーム２８Ｃと、第１の端部と反対側の端部に位置する第２の端部にあって、温度センサー４を挟着する上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを連結する係止部２８Ｄを備える。上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂは、第１の端部を弾性連結アーム２８Ｃで連結し、第２の端部を係止部２８Ｄで連結して、温度センサー４を挟着して固定している。温度検出部１２は、熱伝導プレート２８の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂに固定している温度センサー４で電池温度を検出する。

温度センサー４は、フレキシブル基板３９に温度検出素子部４Ａを固定した構造とすることができる。温度検出部１２の熱伝導プレート２８は、弾性変形できる金属板として、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを電池表面に弾性的に押圧する弾性脚２９を設けることができる。この熱伝導プレート２８は、一方の挟着プレート２８Ｂの両側に一対の弾性脚２９を連結することができる。

さらに、本発明の充電器は、弾性脚２９を連結している固定プレート３０を備えて、この固定プレート３０に一対の弾性脚２９を出入りできるように挿通する一対の貫通孔３１を開口して、一対の弾性脚２９を貫通孔３１よりも上方に向かって、次第に離れる方向に、または接近する方向に傾斜させることができる。

熱伝導プレート２８は、上の挟着プレート２８Ａに、下の挟着プレート２８Ｂに係止される係止部２８Ｄを設けることができる。さらに、熱伝導プレート２８は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に上方に突出する凸条２８Ｅを設けて、この凸条２８Ｅの間に上の挟着プレート２８Ａを配設することができる。さらに、この熱伝導プレート２８は、上の挟着プレート２８Ａの両側に、下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅの内面に係止する係止部２８Ｄを設けることができる。

本発明の充電器は、温度センサーでもって、電池温度を高い精度で、しかも時間遅れを少なくしながら正確に検出して電池を理想的な温度状態で充電できる特長がある。それは、本発明の充電器が、電池ポケットに装着される電池に接触して電池温度を検出する温度検出部を、熱伝導プレートと温度センサーとで構成しており、この熱伝導プレートを独特の構造として温度センサーを熱伝導プレートに固定しているからである。この熱伝導プレートは、温度センサーを上下で挟着する一対の挟着プレートを備え、上下の挟着プレートの第１の端部を弾性連結アームで連結し、第２の端部を係止部で連結して温度センサーを挟着して固定している。この構造の温度検出部は、温度センサーを上下の挟着プレートで挟着して固定するので、電池から発生する熱を熱伝導プレートから温度センサーに伝導して電池温度を正確且つ速やかに検出できる。したがって、本発明の充電器は、電池ポケットに装着される電池の温度を、温度センサーでもって、高い精度で、しかも時間遅れを少なくしながら検出して、電池の充電を理想的にコントロールできる。

本発明の請求項３の充電器は、温度検出部の熱伝導プレートを弾性変形できる金属板として、挟着プレートを電池表面に弾性的に押圧する弾性脚を設けているので、弾性脚の弾性力で挟着プレートを電池表面に押圧させて確実に接触できる。このように、挟着プレートを電池表面に押圧状態で確実に接触できる温度検出部は、電池温度をより正確に検出できる特長がある。とくに、本発明の請求項４の充電器は、一方の挟着プレートの両側に一対の弾性脚を連結しているので、挟着プレートをバランス良く押圧して、挟着プレートを理想的に電池表面に接触できる。

さらに、本発明の請求項５の充電器は、一対の弾性脚を、固定プレートに開口した一対の貫通孔に出入りできるように挿通すると共に、一対の弾性脚を貫通孔よりも上方に向かって、次第に離れる方向に、または接近する方向に傾斜させているので、極めて簡単な構造としながら、弾性脚の弾性によって挟着プレートを電池表面に弾性的に押圧できる。

本発明の請求項７の充電器は、下の挟着プレートの両側に上方に突出する凸条を設けて、この凸条の間に上の挟着プレートを配設しているので、温度センサーを正確な位置に配置しながら、上下の挟着プレートで温度センサーを確実に挟着して固定できる。

さらに、本発明の請求項８の充電器は、上の挟着プレートの両側に、下の挟着プレートの凸条の内面に係止する係止部を設けているので、下の挟着プレートに設けた凸条を上の挟着プレートを係止する部材に併用しながら、上の挟着プレートの両側を下の挟着プレートに連結して上下の挟着プレートを確実に連結できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発
明は充電器を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

以下、まず、充電器全体の構造について説明を行い、その後、本発明の特徴である熱伝導プレートについて詳細に説明する。
図５ないし図１２に示す充電器は、外形が略直方体の箱形で、充電する電池２を脱着できるように装着する電池ポケット３をケース１の上面に設けている。図６の平面図に示すケース１は、この図において下部に電池ポケット３を設けている。電池ポケット３には、ここに装着される電池２の温度を検出する温度検出部１２を設けている。さらに、充電器は、温度検出部１２で電池温度を検出して、電池２の平均充電電流を制御する充電回路（図示せず）をケース１内の回路基板５に実装している。なお、本充電器は、図４の紙面において、電源線３２、ソケット３３等を除いて、基本的に左右対称構造である。

ケース１は、樹脂材料製であって、下ケース１Ｂと上ケース１Ａとからなり、下ケース１Ｂに上ケース１Ａを連結して、内部に回路基板５を内蔵している。回路基板５は、下ケース１Ｂに固定されている。回路基板５には、電池ポケット３にセットされる電池２の正負の電極に接続される出力端子６、７を固定している。出力端子６、７は、弾性変形する金属板である。図の充電器は、図４に示されるように、電池ポケット３に４本の単三電池２Ａをセットして充電するので、４対の出力端子６、７を設けている。

さらに、図の充電器は、寸法が異なる単三電池２Ａと単四電池２Ｂの両方の電池２を充電できる。単電池である充電式の単三電池２Ａと単四電池２Ｂは、細長く延在する円筒形の電池であって、詳細には、両端に正負の電極を設けて、電極以外の金属缶の表面を樹脂チューブで被覆している。

まず、単三電池２Ａを充電する状態を、図６ないし図９に示している。単三電池２Ａは、切換出力端子８を倒した状態で電池ポケット３にセットされる。単三電池２Ａは、正極側の電極を出力端子６に、他端の負極側の電極を出力端子７に接触させて充電する。なお、図４においては、左端の保持部１１に位置する単三電池２Ａを実線で、他の保持部１１に位置する単三電池２Ａを鎖線で示し、合計で４本装着することができる。また、単三よりサイズの小さい単四電池２Ｂを充電する状態を、図１１と図１２に示す。これ等の図に示すように、単四電池２Ｂは、切換出力端子８を垂直に起こした状態で、電池ポケット３において、図４の紙面における左右両側に、２本セットして充電される（図９においては、単四電池２Ｂが１本のみ開示されている）。この姿勢の切換出力端子８は、図１２に示すように、金属製の補助端子１０を介して、単四電池２Ｂの電極に出力端子６を接続する。補助端子１０は、単四電池２Ｂの電極と出力端子６との間にあって、出力端子６を単四電池２Ｂの電極に接続する。この構造により、単三電池２Ａより短い単四電池２Ｂが、出力端子６に接続される。出力端子７は単四電池２Ｂの負極側の電極に接続される。

切換出力端子８は、プラスチック製の支持部材９に補助端子１０を固定している。補助端子１０は、図１２に示すように、切換出力端子８を起こす姿勢で、単四電池２Ｂの電極と出力端子６の間にあって、出力端子６を単四電池２Ｂの電極に接続する。支持部材９は、図１３に示すように、各補助端子１０を固定している略板状の絶縁ベース部９Ａと、これら絶縁ベース部９Ａを連結している連結部９Ｂとを備える。切換出力端子８は、図１０に示すように、各絶縁ベース部９Ａに単四電池２Ｂの凸部電極２ａである正極側の電極を挿入できる凹部９ａを設けて、この凹部９ａの底部を貫通して補助端子１０を配置して、補助端子１０を単四電池２Ｂの凸部電極２ａである正極側の電極に接触できるようにしている。支持部材９は、絶縁ベース部９Ａの板状の面が、水平な姿勢から垂直姿勢に回転できるように、両端に突出する軸部９Ｃをケース１や回路基板５に回転できるように連結する。また、支持部材９は、その板状の面が垂直姿勢に起こされた状態においては、図１０に示すように、単四電池２Ｂの下部を保持するために、逆さハの字状の支持凸部９Ｄを有している。

図１２は、単四電池２Ｂを充電する状態を示す。この状態で、切換出力端子８は、絶縁ベース部９Ａが垂直姿勢に起こされて、単三電池２Ａの出力端子６の前方に配設される。絶縁ベース部９Ａが垂直に起こされると、補助端子１０は単四電池２Ｂの充電回路（図示せず）に接続される。そして、単四電池２Ｂを充電するときは、切換出力端子８の軸部９Ｃに一体に形成されたスイッチ押圧部９Ｅが回路基板５上に設置された位置スイッチ１５の押圧を解除して、この位置スイッチ１５をオフにすることで、単四電池２Ｂの充電回路に接続させている。また、図９に示すように、絶縁ベース部９Ａが水平に倒されて、単三電池２Ａを充電するときは、スイッチ押圧部９Ｅが回転することで、位置スイッチ１５を押圧してオンとして、単三電池２Ａの充電回路に接続される。スイッチ押圧部９Ｅは、図９と図１２に示すように、支持部材９の軸部９Ｃから突出するカムである。このスイッチ押圧部９Ｅは、絶縁ベース部９Ａを水平に倒す状態で、回路基板５上に設置された位置スイッチ１５をカムの先端で押圧し、絶縁ベース部９Ａを垂直に起こす状態で、カムが回転して位置スイッチ１５の押圧を解除する構造としている。

単三電池２Ａを充電するときは、図５と図９に示すように、切換出力端子８の絶縁ベース部９Ａは水平に倒されて、単三電池２Ａの出力端子６の前方から下方に移動される。この位置に移動された絶縁ベース部９Ａは、単三電池２Ａを電池ポケット３にセットするのに邪魔にならない。いいかえると、絶縁ベース部９Ａは単三電池２Ａを電池ポケット３にセットするのに邪魔にならない位置に移動される。この状態で、電池ポケット３に単三電池２Ａが装着されると、単三電池２Ａは回路基板５に固定している出力端子６に接続される。出力端子６は充電回路（図示せず）に接続されて、単三電池２Ａを充電する。
このような充電回路は、後述するように、電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御し、短時間に充電する。

図に示すケース１は、電池ポケット３に、円筒状の電池２の両端部分を位置ずれしないように保持する、第１の保持部１１Ａと第２の保持部１１Ｂからなる一対の保持部１１を設けている。第１の保持部１１Ａは、図７と図１１に示すように、単三電池２Ａの保持部である円形開口１３と、単四電池２Ｂの保持部である弾性アーチ１４からなる。円形開口１３は、単三電池２Ａの負極側の端部を挿入して保持するように、ケース１の表面を貫通して設けている。円形開口１３は、円筒型電池である単三電池２Ａの端部を挿入するので、その内形を単三電池２Ａの外形よりもわずかに大きくしている。円形開口１３の内形を単三電池２Ａの外形よりもわずかに大きくするとは、単三電池２Ａを円形開口１３にスムーズに出し入れできるが、挿入される状態で位置ずれしないように保持できる形状を意味する。

単四電池２Ｂの保持部である弾性アーチ１４は、単四電池２Ｂの端部を挿入して保持するので、その内形を単四電池２Ｂの外形よりもわずかに大きくしている。弾性アーチ１４の内形を単四電池２Ｂの外形よりもわずかに大きくするとは、単四電池２Ｂを弾性アーチ１４にスムーズに出し入れできるが、挿入される状態で位置ずれしないように保持できる形状を意味する。ただし、弾性アーチ１４の内形は、単三電池２Ａの外形よりも小さく、単三電池２Ａを挿通できない形状としている。

単四電池２Ｂは、弾性アーチ１４に挿入して電池ポケット３の定位置にセットされる。定位置に配置される単四電池２Ｂは、温度検出部１２に正常に接触して電池温度が検出される。定位置に配置されない単四電池２Ｂは、温度検出部１２で正確に温度を検出できない。温度検出部１２が単四電池２Ｂの温度を正常に検出して充電するために、弾性アーチ１４は単四電池２Ｂを正常な位置にセットしているかどうかを検出する機構を備える。

弾性アーチ１４は、図１４と図１５の拡大斜視図に示すように、導電性のある弾性金属線をＵ字状に湾曲して、両端を回路基板５に固定している。図の弾性アーチ１４は、スムーズに傾動できるように、下端にコイルスプリング部１４Ａを設けている。弾性アーチ１４は、電池２に押圧されない状態では、図１４に示すように、出力端子７から離れた位置にあり、図１６に示すように、単四電池２Ｂを挿通して定位置に保持する位置にある。単三電池２Ａに押されると、図１７に示すように、弾性的に変形して出力端子７に接触する。また、正常な位置にセットされない単四電池２Ｂに押されても、出力端子７に接触する。すなわち、弾性アーチ１４は、単三電池２Ａを正常な位置にセットするときに出力端子７に接触し、単四電池２Ｂを正常な位置にセットするときに出力端子７に接触しない。したがって、弾性アーチ１４が出力端子７に接触するかどうかを検出して、単四電池２Ｂが正常な位置にセットされたことを検出できる。

弾性アーチ１４が出力端子７に接触したかどうかを検出する検出回路１６の回路図を図１８に示す。弾性アーチ１４は、出力端子７に接触する状態でオン、出力端子７に接触しない状態でオフとなってワイヤーフォーミングＳＷ１７を構成する。ワイヤーフォーミングＳＷ１７は、弾性アーチ１４と出力端子７を接点とし、一方の接点となる出力端子７は、電池２の負極に接続されるのでアース側に接続される。図の検出回路１６は、ふたつの抵抗器を直列に接続している分圧抵抗１８と、分圧抵抗１８の中間接続点１９の電圧を検出するマイコン等の電圧検出回路２０とを備える。分圧抵抗１８は、ワイヤーフォーミングＳＷ１７を直列に接続して電源２１に接続している。図の検出回路１６は、分圧抵抗１８の一端を電源２１のプラス側に、他端をワイヤーフォーミングＳＷ１７を構成する弾性アーチ１４に接続して、ワイヤーフォーミングＳＷ１７の出力端子７を電源２１のマイナス側であるアース２２に接続している。さらに、この検出回路１６は、単三電池２Ａと単四電池２Ｂを切り換える切換出力端子８の回転位置を検出する位置スイッチ１５も備える。位置スイッチ１５は、分圧抵抗１８の中間接続点１９とアース２２との間に接続される。この位置スイッチ１５は、単三電池２Ａの充電位置でオン、単四電池２Ｂの充電位置でオフに切り換えられる。

以上の検出回路１６は、以下の動作をして、単三電池２Ａと単四電池２Ｂが正常な位置にセットされたかどうかを判定する。
(1) 単三電池２Ａが正常にセットされるとき
この状態において、位置スイッチ１５とワイヤーフォーミングＳＷ１７がオンになる。図９に示すように、位置スイッチ１５は、単三電池２Ａの充電位置でオンとなり、ワイヤーフォーミングＳＷ１７は、単三電池２Ａで弾性アーチ１４が出力端子７に接触されるオンになるからである。位置スイッチ１５がオンになるので、中間接続点１９の電圧は０Ｖとなる。したがって、中間接続点１９が電圧が０Ｖであることを確認して、単三電池２Ａの充電を開始する。位置スイッチ１５がオンになると、ワイヤーフォーミングＳＷ１７のオンオフにかかわらず、中間接続点１９の電圧は０Ｖとなる。したがって、この状態でワイヤーフォーミングＳＷ１７のオンオフは判定できないが、単三電池２Ａをセットする状態では、ワイヤーフォーミングＳＷ１７は必ずオンになるので、ワイヤーフォーミングＳＷ１７のオンオフを検出する必要はない。ワイヤーフォーミングＳＷ１７が必ずオンになるのは、弾性アーチ１４の内形を単三電池２Ａの外形よりも小さくしているからである。

(2) 単四電池２Ｂが正常にセットされるとき
この状態において、位置スイッチ１５とワイヤーフォーミングＳＷ１７がオフになる。図１２に示すように、位置スイッチ１５は、切換出力端子８が単四電池２Ｂの充電位置に切り換えられてオフとなり、ワイヤーフォーミングＳＷ１７は、弾性アーチ１４に単四電池２Ｂを挿通して、弾性アーチ１４が出力端子７に接触しない状態となってオフとなるからである。位置スイッチ１５とワイヤーフォーミングＳＷ１７がオフとなるので、分圧抵抗１８の中間接続点１９の電圧は電源電圧となる。したがって、中間接続点１９の電圧が、電源電圧となる状態では、単四電池２Ｂが正常にセットされたと判定して、単四電池２Ｂの充電を開始する。

(3) 単四電池２Ｂが正常にセットされないとき
単四電池２Ｂが正常にセットされず、図１９に示すように弾性アーチ１４を出力端子７に押し付ける状態になると、ワイヤーフォーミングＳＷ１７がオンになる。この状態では、位置スイッチ１５がオフでワイヤーフォーミングＳＷ１７がオンとなるので、分圧抵抗１８の中間接続点１９の電圧は、電源電圧を分圧抵抗１８の電気抵抗の比率で分圧した電圧となる。分圧抵抗１８に同じ電気抵抗の抵抗器を直列に接続する場合、中間接続点１９の電圧は電源電圧の１／２となる。
したがって、中間接続点１９の電圧が、電源電圧を分圧抵抗１８で分圧する電圧となる電圧、たとえば電源電圧の１／２となるとき、単四電池２Ｂが正常にセットされないと判定して、単四電池２Ｂの充電を開始しない。
単四電池２Ｂがこの状態にセットされると、温度検出部１２は電池温度を正確に検出できない。温度検出部１２が単四電池２Ｂの表面に正常な状態で接触しないからである。温度検出部１２が単四電池２Ｂの温度を正確に検出できない状態で充電すると、電池温度が異常に高くなって、電池を劣化させることがあるので、この状態では、単四電池２Ｂの充電を開始しない。

以上の検出回路１６は、分圧抵抗１８の一端を電源２１のプラス側に接続して、ワイヤーフォーミングＳＷ１７と位置スイッチ１５を電源２１のマイナス側であるアース２２に接続しているが、この図とは反対に、分圧抵抗の一端を電源のマイナス側であるアースに接続して、ワイヤーフォーミングＳＷと位置スイッチを電源のプラス側に接続して、単三電池と単四電池が正常な位置にセットされたかどうかを検出することもできる。

第２の保持部１１Ｂは、図５と図１０に示すように、単三電池２Ａの保持部である支持部２３と、単四電池２Ｂの保持部である支持凸部９Ｄからなる。支持部２３は、装着される単三電池２Ａの延在方向と垂直な断面が逆さハの字状の傾斜面または湾曲面を有する溝形で、単三電池２Ａの正極側の下部を保持し、溝に嵌入される単三電池２Ａを横ずれしないように保持する。単四電池２Ｂの保持部である支持凸部９Ｄは、垂直姿勢に起こされた絶縁ベース部９Ａの内側の下部に設けられた逆さハ字状の一対の凸部で、単四電池２Ｂの正極側の下部を保持して、ここに装着される単四電池２Ｂを横ずれしないように保持する。図の電池ポケット３は、一方の保持部１１を、電池２の端部を挿入できる形状としているが、両方の保持部を、電池の端部を挿入して保持できる孔形状とすることもできる。また、両方の保持部を横ずれしない形状とすることもできる。

単四電池２Ｂを装着する場合においては、図１１と図１２に示す状態で電池２を保持する。負極の出力端子７は、金属製接触片で構成される。この出力端子７は、図１４ないし図１７に示すように、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの負極に向かって突出する山形に折曲している。図の出力端子７は、独立して弾性変形する２列の接触片７Ａを設けている（図１５参照）。

図の電池ポケット３は、第１の保持部１１Ａと第２の保持部１１Ｂとの間に、冷却開口２４を設けている。冷却開口２４は、ケース１に内蔵する冷却ファン２５から送風される空気を通過させて、電池２を強制冷却する。ケース１に冷却ファン２５を内蔵して、冷却開口２４から電池２に強制送風する充電器は、電池温度を低くしながら短時間で満充電できる特長がある。図のケース１は、下ケース１Ｂの底板を中央凹に湾曲させると共に、通風孔２６を開口して、冷却ファン２５が効率よく外気を吸入できるようにしている。ケース１に収納している冷却ファン２５は、底板の通風孔２６を通過させて外気を吸入し、吸入した空気を冷却開口２４から電池２に向かって強制送風して冷却する。

さらに、図の充電器の電池ポケット３は、隣接する電池２との間に隙間２７（図６参照）ができるように、第１の保持部１１Ａと第２の保持部１１Ｂを設けている。この充電器は、冷却開口２４から電池２に向かって強制送風される空気を電池２の間の隙間２７に通過させる。このため、電池ポケット３に装着される電池２を強制送風する空気で効率よく冷却して、電池温度の上昇を少なくして充電できる特長がある。なお、図６においては、左端の保持部１１に位置する単三電池２Ａを実線で、他の保持部１１に位置する単三電池２Ａを鎖線で示している。

充電器は、電池ポケット３に装着される各電池２の円柱形状表面に押圧される４組の温度検出部１２を備える。温度検出部１２は、電池ポケット３に装着される各々の電池２の温度を独立して別々に検出する。図の充電器は、４本の電池２を充電するので、各々の電池温度を検出するために４組の温度検出部１２を備える。

次に、本発明の特徴である熱伝導プレートについて、詳細に説明する。
図１４、図１５、図２０ないし図２４に示す温度検出部１２は、熱伝導プレート２８と、この熱伝導プレート２８に固定されて電池温度を検出する温度検出素子である温度センサー４とを備える。熱伝導プレート２８は、温度センサー４を上下で挟着する一対の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂと、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを第１の端部で連結している弾性連結アーム２８Ｃと、第１の端部と反対側の端部に位置する第２の端部にあって、温度センサー４を挟着する上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを連結する係止部２８Ｄを備えている。この熱伝導プレート２８は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂの一端である第１の端部を弾性連結アーム２８Ｃで連結し、第２の端部を係止部２８Ｄで連結して、内部に温度センサー４を挟着して固定している。

温度センサー４は、フレキシブル基板３９に温度検出素子部４Ａを固定している。この温度センサー４は、一般に販売されているものであって、図２０ないし図２３の断面図に示すように、フレキシブル基板３９の表面に略長方形で厚みのある板状の温度検出素子部４Ａを突出させている。フレキシブル基板３９は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に設けた凸条２８Ｅの間に案内できる幅としている。この温度センサー４は、図に示すように、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂに挟着されて、温度検出素子部４Ａを挟着プレート２８Ａ、２８Ｂの内面に密着又は接近させる状態で熱伝導プレート１３に固定される。温度センサー４のフレキシブル基板３９は、熱伝導プレート１３の外部に引き出されて回路基板５に接続される（図２２等参照）。温度センサー４はサーミスタを使用するが、サーミスタ以外の温度センサーも使用できる。

熱伝導プレート２８が、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂに温度センサー４を挟着して固定する状態を図２０ないし図２４に示す。挟着プレート２８Ａ、２８Ｂは、以下にようにして温度センサー４を挟着して固定する。
(1) 図２４の鎖線で示す状態、すなわち、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを開いて係止部２８Ｄで連結しない状態で、下の挟着プレート２８Ｂの上に温度センサー４を配設する。
(2) 上の挟着プレート２８Ａを矢印で示す方向に傾動させて、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂで温度センサー４を挟着する。上の挟着プレート２８Ａがこの方向に傾動されるとき、弾性連結アーム２８Ｃは弾性変形する。上の挟着プレート２８Ａが矢印で示す方向に傾動されて、上の挟着プレート２８Ａは下の挟着プレート２８Ｂに接近する方向に移動されて、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂで温度センサー４を挟着する。
(3) 上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂが温度センサー４を挟着して固定するまで接近すると、係止部２８Ｄが凸条２８Ｅの内面に係止されて、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂは開かないように連結される。これで、組み立てが完了する。

温度検出部１２は、熱伝導プレート２８の電池２に押圧される部分を、電池２の円柱形状に沿う形状、図の熱伝導プレート２８は溝形として、電池２の熱を有効に熱伝導プレート２８に伝導する。熱伝導プレート２８は、電池表面に接触することが熱伝導上望ましいものの、僅かに隙間があっても良い。図の温度検出部１２は、熱伝導プレート２８を弾性脚２９で電池表面に弾性的に押圧している。弾性脚２９は、弾性変形できる金属板で製作している熱伝導プレート２８と一体形成している。

図の充電器は、温度検出部１２を電池２の中央から第１の保持部１１Ａに接近する位置に配設している。図の充電器は、電池２の端部を挿入する孔形状の保持部に接近して温度検出部１２を配設するので、温度検出部１２の熱伝導プレート２８が電池２を押し上げても、電池２の上方への位置ずれを有効に阻止できる。孔形状の保持部は、電池２が上下左右にずれるのを阻止できるからである。このため、この構造の充電器は、温度検出部１２の熱伝導プレート２８をしっかりと電池２の表面に押圧して、電池温度をより正確に検出できる。

４つの熱伝導プレート２８は、略同一の形状をしている。熱伝導プレート２８は、弾性変形できる金属板で製作される。熱伝導プレート２８は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂで温度センサー４を挟着している。温度センサー４を挟着する挟着プレート２８Ａ、２８Ｂが弾性脚２９で電池表面に弾性的に押圧されて、電池温度を検出する。図の熱伝導プレート２８は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に凸条２８Ｅを設けている。凸条２８Ｅは、上の挟着プレート２８Ａの両側、正確には上の挟着プレート２８Ａの外側に位置する。このような凸条２８Ｅは、金属板を折曲して溝状とすることができる。下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅの間に上の挟着プレート２８Ａが積層される。凸条２８Ｅは、上の挟着プレート２８Ａよりも上方に突出して、上の挟着プレート２８Ａと下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅとで溝形にしている。この熱伝導プレート２８は、図２０ないし図２３の断面図に示すように、凸条２８Ｅと上の挟着プレート２８Ａの上面を電池表面に接触させ、あるいは接近させて、電池温度を検出する。

この形状の熱伝導プレート２８は、一枚の金属板を、打ち抜き、折曲して製作される。１枚の金属板から製作される熱伝導プレート２８は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂと、弾性連結アーム２８Ｃと、係止部２８Ｄと、弾性脚２９とを連結した形状に加工されている。図の熱伝導プレート２８は、金属板を、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを弾性連結アーム２８Ｃで連結する形状とし、さらに下の挟着プレート２８Ｂの両側に凸条２８Ｅ、弾性脚２９を連結する形状に打ち抜き加工して製作される。

弾性連結アーム２８Ｃは、図１５に示すように、幅の狭い２列の弾性連結アーム２８Ｃ、２８Ｃとして、弾性変形しやすい形状としている。さらに、弾性連結アーム２８Ｃは、図１５と図２２に示すように、所定の曲率半径で湾曲する形状として、さらに変形しやすくしている。熱伝導プレート２８は、図１５に示すように、幅の狭い２列の弾性連結アーム２８Ｃの間にスリット２８Ｆを設けている。図の熱伝導プレート２８は、挟着プレート２８Ａの電池２の延在方向における中央側を第１の端部として、この端部に弾性連結アーム２８Ｃを設けている。ただし、第１の端部を反対側の端部とすることもできる。さらに、図の熱伝導プレート２８は、電池２の縦方向（＝延在方向）の端部を挟着プレートの第１と第２の端部としているが、電池の横方向（＝上記延在方向と直角の水平方向）の端部を第１と第２の端部とすることもできる。

図の熱伝導プレート２８は、上の挟着プレート２８Ａの両側に係止部２８Ｄを設けている。この上の挟着プレート２８Ａは、先端部をＬ字状に折曲し、折曲部の両側に切欠部２８Ｇを設けて、切欠部２８Ｇの外側を係止部２８Ｄとしている。係止部２８Ｄは、先端を弾性連結アーム２８Ｃの方向に傾斜するように折曲している。つまり、係止部２８Ｄは、組み立て完了時の状態で、先端を鉛直方向より弾性連結アーム２８Ｃの方向に傾斜している。この係止部２８Ｄは、下の挟着プレート２８Ｂの両側に設けた凸条２８Ｅの内面に係止される。したがって、係止部２８Ｄは下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅの内面に案内される形状、いいかえると、係止部２８Ｄは外形を凸条２８Ｅの内形よりも小さくしている。傾斜する姿勢に折曲している係止部２８Ｄは、図２４に示すように、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを互いに接近させると、凸条２８Ｅの内面に係止される。上の挟着プレート２８Ａが矢印で示す方向に傾動されて、下の挟着プレート２８Ｂに接近するように移動されるとき、係止部２８Ｄは弾性変形して凸条２８Ｅの端部を越えて、凸条２８Ｅの内面に案内して係止される。凸条２８Ｅは、端部に係止部２８Ｄの先端を係止できる位置まで突出している。

以上のように、上の挟着プレート２８Ａの両側に係止部２８Ｄを設ける構造は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを確実に安定して連結できる。ただ、本発明の充電器は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを係止する係止部２８Ｄの構造を以上のメカニズムには特定しない。上下の挟着プレートは、図示しないが、折曲部の中間に設けたひとつの係止部で開かないように連結することができ、また、下の挟着プレートに係止部を設けて、開かないように連結することもできる。さらに、一方の挟着プレートに貫通孔を設け、この貫通孔に係止部を入れて、上下の挟着プレートを開かないように係止する構造とすることもできる。

熱伝導プレート２８は、弾性変形できる１枚の金属板を裁断して、挟着プレート２８Ｂに弾性脚２９を連結して設けている。弾性脚２９は、挟着プレート２８Ｂの両側に設けている。この熱伝導プレート２８は、挟着プレート２８Ｂを左右バランスよく電池表面に押圧できる。両側の弾性脚２９が挟着プレート２８Ｂを電池表面に押圧するからである。弾性脚２９のある熱伝導プレート２８を図１４、図１５、図２０、図２１、及び図２４に示す。これ等の図に示す熱伝導プレート２８は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に連結して弾性脚２９を設けている。挟着プレート２８Ｂの両側に設けている一対の弾性脚２９は、下端を固定プレート３０に連結している。固定プレート３０は回路基板５である。ただし、固定プレートは必ずしも回路基板とする必要はなく、たとえば、図示しないが、プラスチック等を成形してなるベースプレートとすることもできる。

固定プレート３０は、一対の弾性脚２９の下端を連結する貫通孔３１を開口している。弾性脚２９は、貫通孔３１に挿通して固定プレート３０に連結される。弾性脚２９は、図１５、図２０及び図２１に示すように、固定プレート３０に対して上下に移動できるように貫通孔３１に挿通される。弾性脚２９は、固定プレート３０の貫通孔３１から抜けないように、下端を外側に折曲している。弾性脚は、下端を内側に折曲して抜けないように固定プレートに連結することもできる。

この熱伝導プレート２８は、弾性脚２９を固定プレート３０の貫通孔３１に上下に移動させて、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを電池表面に弾性的に押圧する。このことを実現するために、図に示す一対の弾性脚２９は、貫通孔３１よりも上方に向かって次第に離れる方向に傾斜する形状としている。図２０と図２１の一対の弾性脚２９は、中間の間隔が広くなるように、図において左側の弾性脚２９をく字状に、右側の弾性脚２９を逆く字状に折曲している。弾性脚２９は、この図とは反対に、右側の弾性脚をく字状に折曲し、左側の弾性脚を逆く字状に折曲して、固定プレートの貫通孔から上方に離れるにしたがって、互いに接近する方向に傾斜させることもできる。

図の弾性脚２９は、下端の間隔が弾性的に広くなる方向に付勢されて、挟着プレート２８Ｂを弾性的に上方に押し出している。弾性的に間隔が広くなる方向に拡開される弾性脚２９は、固定プレート３０から抜ける方向に付勢されて、挟着プレート２８Ｂを上方に弾性的に押し上げる。挟着プレート２８Ｂが電池表面に押されると、弾性的に拡開している弾性脚２９は間隔が狭くされて貫通孔３１に押し込まれる。一対の弾性脚２９は弾性的に間隔が広くなる方向に付勢されているので、固定プレート３０の貫通孔３１に押し込まれた弾性脚２９は、弾性的に拡開しようとして、固定プレート３０から押し出される。

以上の構造の弾性脚２９は、固定プレート３０の貫通孔３１に上下に移動されて挟着プレート２８Ｂを電池表面に押圧するので、挟着プレート２８Ｂの上下のストロークを大きくして、挟着プレート２８Ｂを電池表面に弾性的に押圧できる。このため、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを電池表面に確実に安定して押圧して、電池温度を正確に検出できる特徴がある。

また、弾性脚２９の下端を固定プレート３０の貫通孔３１に挿通して固定プレート３０に連結できるので、簡単かつ容易に固定プレート３０に連結できる特徴もある。また、弾性脚２９の下端を固定プレート３０の貫通孔３１から引き抜いて外すこともできるので、熱伝導プレート２８を簡単に交換できる特徴もある。

以上の温度検出部１２は、図２３の矢印で示すように、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを介して温度センサー４に伝導させる。とくに電池２の表面に弾性的に接触される挟着プレート２８Ａ、２８Ｂは、電池２の熱が有効に伝導される。温度センサー４は、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂに挟着されて、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂの熱が有効に伝導される。図の熱伝導プレート２８は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に凸条２８Ｅを設けて、この凸条２８Ｅの表面を電池表面に接触させる。凸条２８Ｅを電池表面に接触させる下の挟着プレート２８Ｂは、電池２の熱が効率よく伝導されて、温度センサー４に伝導する。また、上の挟着プレート２８Ａの中央部分も電池表面に接触させることができる。この上の挟着プレート２８Ａは、電池２の熱が効率よく伝導され、下面に挟着している温度センサー４に熱を効率よく伝導する。

以上の経路で、単三電池２Ａや単四電池２Ｂの熱を温度センサー４に効率よく伝導する充電器は、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂから温度センサー４に効率よく伝導する。また、温度センサー４が空気に接触して冷却されない。さらに、熱伝導プレート２８の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂと電池２との間に空気が流入して、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂが空気で冷却されることがなく、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂから温度センサー４に有効に伝導する。したがって、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂから温度センサー４に有効に伝導し、しかも挟着プレート２８Ａ、２８Ｂや温度センサー４の空気による冷却を少なくして、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの温度を、温度センサー４で正確に時間遅れを少なく、しかも高い精度で検出できる。

なお、単三電池２Ａよりも細い単四電池２Ｂを装着したときは、上の挟着プレート２８Ａの中央部分に電池表面が接触する。単三電池２Ａは、下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅが表面に接触するが、半径が小さい単四電池２Ｂでは、上の挟着プレート２８Ａの中央部分が電池２の表面に接触する。

なお、本実施例の充電器は、外部の電源線３２を連結するソケット３３（図１３参照）と、充電時に発光して充電状態を表示する各電池に対応した４つのＬＥＤ素子３４を有している。

充電回路は、温度センサー４で電池温度を検出し、電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御し、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する。この充電器は、電池２を極めて短時間に充電できる特長がある。とくに、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの両方を、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電することで、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの両方を短時間で充電できる。

図２５は充電回路を示す。この充電回路は、電池２に充電電流を供給して充電する電源回路３５と、電源回路３５と電池２との間に接続されて電池２の平均充電電流を調整するスイッチング素子３６と、このスイッチング素子３６をオンオフに切り換えて、充電電流を調整する制御回路３７と、電池温度を検出して制御回路３７に温度信号を入力する温度センサー４とを備える。

この充電回路が電池２を充電するときの電池温度が上昇する特性と、電池電圧が変化する特性を図２６のグラフに示している。この図２６において、曲線Ａは電池温度が上昇する特性を、曲線Ｂは電池電圧が変化する特性を示している。この図に示すように、図２５の充電回路は、満充電されるときに電池温度が上昇する割合を小さくするのではなく、充電を開始した最初の温度上昇充電工程において、電池温度を上昇所定温度まで上昇させ、その後は温度保持充電工程において、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する。したがって、最初に大きな電流を流して電池温度を上昇させる。いいかえると、電池温度が上昇する程度に大きな電流を流して電池２を充電する。このとき、電池２は大きな電流で充電されるが、電池温度が高くならないので、電池性能が低下することはなく、この時間帯に大きな容量を充電できる。

電源回路３５は、スイッチング素子３６をオンにする状態で、電池２を、平均電流１．５Ｃ〜１０Ｃ、好ましくは２Ｃ〜８Ｃ、さらに好ましくは２Ｃ〜５Ｃの大きな電流で充電する出力を有する。電源回路は、制御回路とは別のアダプターとしてリード線を介して制御回路に接続することができる。ただ、電源回路を制御回路と同じケースに収納することもできる。単三電池２Ａと単四電池２Ｂは充電容量が異なるので、最適電流で充電する。

充電回路は、図２５に示すように複数の電源回路３５を切り換えて電池２を充電することもできる。複数の電源回路３５は、切換スイッチ３８を介してスイッチング素子３６に接続される。切換スイッチ３８は、電池２を充電する電源回路３５を切り換える。複数の電源回路３５は、電池２をパルス充電するときのピーク電流が異なる。電池２は平均充電電流が同じであっても、パルス充電するピーク電流が大きいと発熱が大きくなる。このため、電池２を大電流で充電するとき、ピーク電流が小さくなる電源回路３５に切り換えて電池２を充電すると、電池２の発熱を少なくできる。したがって、電池２をより大きな平均充電電流で充電して電池温度の上昇を少なくできる。

スイッチング素子３６はトランジスターやＦＥＴで、制御回路３７にスイッチングされて電池２をパルス充電する。スイッチング素子３６は、スイッチングされないでオン状態に保持されて、電池２を最初に大電流で充電して電池温度を所定の温度である上昇所定温度、保持設定温度まで上昇させる。この場合、定電流充電となる。また、スイッチング素子３６は、所定のデューティー比でオンオフにスイッチングされて、電池２を最初にパルスの大電流（平均電流値が大きい大電流）で充電して所定の温度である上昇所定温度、保持設定温度まで上昇することもできる。

スイッチング素子３６は、オンオフに切り換えられるデューティー比で電池２をパルス充電する平均充電電流を調整する。パルス充電するときのデューティー比（Ｑ）は、スイッチング素子３６をオンにする時間（ｔ_ｏｎ）とオフにする時間（ｔ_ｏｆｆ）との比率であるから以下の式で表される。
Ｑ＝ｔ_ｏｎ／（ｔ_ｏｎ＋ｔ_ｏｆｆ）
したがって、スイッチング素子３６がオンオフに切り換えられるデューティー比を小さくすると平均充電電流は小さくなり、反対にデューティー比を大きくすると平均充電電流は大きくなる。

制御回路３７は、温度センサー４から入力される信号で電池温度を検出して、スイッチング素子３６を所定のデューティー比でオンオフに切り換える。スイッチング素子３６をオンオフに切り換えるデューティー比は、電池温度が高い状態では小さく、電池温度が低くなると大きくして、電池温度を保持設定温度に保持する。図２６に示すように、充電を開始する最初には電池温度が低いので、電池温度が上昇所定温度まで上昇するまでは大きな電流で充電し、その後は電池２の温度を保持設定温度に保持するように、制御回路３７がスイッチング素子３６のデューティー比を制御する。制御回路３７が、スイッチング素子３６をオンオフに切り換える周期は、１ｍｓｅｃ〜１０ｓｅｃ、好ましくは１０ｍｓｅｃ〜２ｓｅｃ、さらに好ましくは５０ｍｓｅｃ〜２ｓｅｃとする。

制御回路３７は、温度センサー４で検出した電池温度が保持設定温度よりも低いとき、デューティー比を大きくして、電池２をパルス充電する平均充電電流を大きくして電池温度を上昇させる。電池温度が保持設定温度まで上昇すると、デューティー比を小さくして電池温度が保持設定温度を越えないように、また保持設定温度から低下しないようにスイッチング素子３６のデューティー比を制御する。したがって、制御回路３７は電池２を定電流で充電することはなく、また定電圧で充電することもない。制御回路３７は、スイッチング素子３６のデューティー比を制御して、電池２を充電する平均充電電流を制御し、電池２の温度が図２６のカーブを示すようにコントロールする。

図２５の充電回路は、以下の工程で電池２を充電する。以下は、ニッケル−水素電池の充電方法を例示するが、ニッケル−カドミウム電池も充電電流を変更して同じように充電できる。
ただし、充電を開始する前に、前述の検出回路１６で単三電池２Ａ又は単四電池２Ｂが正常な位置にセットされたかどうかを判定する。単三電池２Ａ又は単四電池２Ｂが正常な位置にセットされたことを確認して、以下の工程で充電する。また、単三電池２Ａと単四電池２Ｂは充電容量が異なるので、充電容量に最適な電流に設定して充電する。
(1) まず、電池２が正常な位置にセットされたことを確認した後、充電を開始する前に、充電回路において、充電する電池２の温度を温度検出部１２で検出する。制御回路３７は、検出した電池温度が開始設定温度範囲にあるとき、温度上昇充電工程を開始する。温度上昇充電工程を開始する電池２の開始設定温度範囲は０〜４０℃、好ましくは１０〜３０℃とする。電池温度が開始設定温度範囲よりも低いとき、あるいは高いときには、電池電圧を検出しながら通常充電を開始する。通常充電は、充電電流を１Ｃ以下に制限し、電池電圧を検出しながら、電池電圧がピーク電圧となり、あるいはΔＶを検出して満充電する。
さらに、電池２の残容量を電圧から検出する。満充電に近い電池が、次の温度上昇充電工程で充電されると過充電されて、電池性能が低下するからである。電池電圧が設定電圧よりも低い電池は、残容量が少ないと判別して、温度上昇充電工程で充電を開始する。電池の電圧が設定電圧よりも高い電池は、残容量が大きく、温度上昇充電工程で充電すると過充電すると判別して、通常充電を開始する。

さらに充電を開始するときに電池２の内部抵抗を検出し、内部抵抗が所定の電気抵抗よりも高いときには、温度上昇充電工程に移行しないで通常充電をする。通常充電の後、内部抵抗が所定の電気抵抗よりも小さくなると、温度上昇充電工程を開始することもできる。

(2) 電池２の温度が開始設定温度範囲にあり、かつ電池電圧が保持設定電圧よりも低い場合は、温度上昇充電工程を開始する。温度上昇充電工程は、電池温度を所定の温度勾配で上昇させる大きな電流で充電する。この工程においては、電池温度の上昇勾配が約３℃／分となる平均充電電流で充電する。単三電池で公称容量が２１００ｍＡｈのニッケル−水素電池の場合、平均充電電流を２Ｃ〜３Ｃとして温度上昇勾配が約３℃／分となる。ただし、この工程において、温度の上昇勾配を１℃／分〜５℃／分とする平均充電電流で充電することができる。また、電池２の平均充電電流を１．５Ｃ〜１０Ｃとすることもできる。

また、ここで、所定の平均電流値（例えば、２．５Ｃ）で充電するとき（通常であれば温度上昇勾配は２℃／分〜３℃／分となる）、所定の温度上昇勾配（例えば、５℃／分）以上を検出したとき、あるいは、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）を検出したとき、電池が満充電であるとして充電を終了し、過充電を防止する。上述のように、充電開始前に電池の電圧を測定して残容量を検出し、残容量が多い電池を通常充電して過充電を防止しているものの、電池電圧により残容量を判断する場合、電池電圧が適正に残容量を反映していない場合があり、この工程により、このような電池の過充電を防止している。つまり、仮に、実際の残容量が多いものの電池電圧が低く、残容量が小さいと判断して温度上昇上昇充電工程で大電流にて充電する場合、上述のように、所定の温度上昇勾配以上、或いは、−ΔＶを検出したとき、電池が満充電であると判断して過充電を防止している。

この工程において、スイッチング素子３６はオン状態に保持され、あるいはスイッチング素子３６のデューティー比を大きくして、平均充電電流を前述の範囲とする。電池温度が上昇所定温度になって保持設定温度に近くなると、たとえば保持設定温度を５７〜６０℃に設定する場合、上昇所定温度（例えば、約５５℃）に近付くと、上昇所定温度（例えば、約５５℃）を検出し、平均充電電流を少なくして、電池２の温度上昇勾配を小さくする。

図２６は、電池温度が上昇所定温度約５５℃になると、この温度を検出して、平均充電電流を小さくして温度上昇勾配を緩くし、保持設定温度に近づいている（図２６に示す温度上昇充電工程である）。平均充電電流は、スイッチング素子３６をオンオフするデューティー比を小さくして制御される。このように、電池２の温度が保持設定温度に近くなり上昇所定温度になると平均充電電流を少なく制御する方法は、電池温度が保持設定温度を越えてオーバーシュートするのを防止して、電池２が高温障害で劣化するのを有効に阻止できる。ただし、電池２の温度が保持設定温度になるまで、電池２の温度が所定の温度勾配で上昇する平均充電電流で充電することもできる。

また、温度上昇充電工程において、所定の時間（例えば、１５分）内に、所定の温度（例えば、約５５℃の上昇所定温度、または、後述する保持設定温度）に到達しないときは、後述する温度保持充電工程における平均充電電流（温度上昇充電工程での平均充電電流の半分程度の約１．５Ｃ）程度とし、温度保持充電工程での充電制御とすることができる。これにより、充電開始前の電池温度が低温（約０〜１０℃程度）の電池において、急激に温度が上昇し、電池に悪影響を及ぼすことを低減できる。

(3) 温度上昇充電工程の終わりに、電池温度が保持設定温度まで上昇すると、電池温度が保持設定温度に保持されるように、平均充電電流を制御して温度保持充電工程で電池２を充電する。この温度保持充電工程においては、制御回路３７がスイッチング素子３６をオンオフに切り換えるデューティー比を制御して、パルス充電の平均充電電流を調整して、電池温度を保持設定温度に保持する。この工程において、温度センサー４が電池温度を検出して、温度信号を制御回路３７に入力する。制御回路３７は、検出された電池温度で、スイッチング素子３６をオンオフに切り換えるデューティー比を制御する。電池温度が高くなると、デューティー比を小さくして平均充電電流を減少させて電池温度を低下させ、電池温度が低くなるとデューティー比を大きくして平均充電電流を増加させて電池温度を上昇させて、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する。また、温度保持充電工程において、電池温度は、一定温度（例えば、５８℃）に保持することが望ましい。

ここで、保持設定温度は、電池の悪影響、性能低下が発生する温度以下で、最大付近の温度に設定される。また、使用者が電池２に触れても問題がなく、熱い電池２を異常と感じない程度に設定される。このような保持設定温度は、上限としては、最大で略７０℃であって、好ましくは６５℃以下であって、更に好ましくは、６３℃以下に設定される。保持設定温度の範囲としては、好ましくは５０〜６５℃、更に好ましくは、５３〜６３℃、これ以上に好ましくは、５６〜６１℃、そして、５７〜６０℃に設定される。

また、電池温度を保持設定温度に保持するためには、本実施例においては、以下のように制御される。まず、保持設定温度において、制御規定温度を所定温度（例えば、５８℃）に設定する。そして、検出される電池温度が、この制御規定温度より、たとえば、１℃上昇する毎に、段階的に平均充電電流を低下させ、また、検出される電池温度が、この制御規定温度より１℃低下する毎に、段階的に平均充電電流を上昇させる。このような制御により、電池温度を保持設定温度に保持して充電される。

上記の制御規定温度に代わって、制御規定温度を所定の温度範囲（例えば、５７〜５９℃）に設定してもよい。そして、検出される電池温度が、この制御規定温度より、たとえば、１℃上昇する毎に、段階的に平均充電電流を低下させ、また、検出される電池温度が、この制御規定温度より１℃低下する毎に、段階的に平均充電電流を上昇させる。このような制御により、電池温度を保持設定温度に保持して充電する。また、温度保持充電工程において、所定の温度上昇勾配（例えば、２℃／分）以上、所定の電池温度（例えば、６２℃）以上、或いは、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）を検出したとき、満充電として充電を停止することもできる。

この温度保持充電工程において、電池２が満充電に近付くと、平均充電電流を小さくしても、電池温度が上昇する傾向が強くなる。したがって、電池２が満充電に近付くと、電池温度が上昇し、又は上昇しようとするが、電池温度を保持設定温度に保持するように、平均充電電流が低減される。つまり、制御回路３７はスイッチング素子３６をオンオフに切り換えるデューティー比を極めて小さく制御する。このため、電池２が満充電に近くなると、制御回路３７は平均充電電流を急激に減少させる。したがって、温度保持充電工程においては、電池２の満充電を検出して充電を停止しなくとも、平均充電電流が急激に減少されて過充電が防止される。本実施例の温度保持充電工程における充電終了については、タイマーで充電を終了している。タイマーは、電池２が略満充電となるように電池２を充分に充電できる時間（例えば、略３０分程度）に設定している。また、本実施例においては、上述のように、満充電近くで電池温度が上昇し、平均充電電流が低減するので、この低減された電流を検出したときは、タイマーの設定時間より前でも充電を終了している。

さらに温度保持充電工程で電池２を充電しているときに、電池２の内部抵抗を検出し、内部抵抗が所定の電気抵抗よりも高くなると、通常充電をして電池２の充電電流を小さくする。通常充電においても、電池２の温度が保持設定温度よりも高くならないようにする。

(4) 以上の温度上昇充電工程と温度保持充電工程で、電池２はほぼ満充電されるが、完全には満充電されない。温度保持充電工程の後は、通常充電して電池２を完全に満充電することができる。

以上の充電方法は、温度上昇充電工程と温度保持充電工程において電池２をパルス充電しているが、充電回路は必ずしもパルス充電するデューティー比を制御して平均充電電流を調整する必要はない。たとえば、温度上昇充電工程と温度保持充電工程において、連続して充電する充電電流を制御して、平均充電電流を所定の電流として電池を充電することもできる。

以上の充電回路は、平均充電電流を設定して電池温度を設定温度に保持して充電するが、充電回路は電池２を定電流充電し、あるいは一定の電流で充電して、電池２のピーク電圧を検出し、あるいはピーク電圧からΔＶ低下を検出して充電を停止することもできる。この充電回路は、電池温度が設定温度よりも高くなると、充電を停止し、あるいは中断して電池温度が設定温度よりも高くならないようにする。

本出願人が検討した構造で電池温度を検出する状態を示す概略断面図である。 本出願人が検討した他の構造で電池温度を検出する状態を示す概略断面図である。 従来の他の充電器の電池温度検出部分を示す断面図である。 図３に示す充電器が温度センサーで電池温度を検出する状態を示す概略断面図である。 本発明の一実施例の充電器の斜視図である。 図５に示す充電器に単三電池を装着した状態を示す平面図である。 図６に示す充電器の背面斜視図である。 図６に示す充電器の側面図である。 図６に示す充電器のＡ−Ａ線断面図である。 図５に示す充電器の切換出力端子を起こした状態を示す斜視図である。 図１０に示す充電器に単四電池を装着した状態を示す背面斜視図である。 図１０に示す充電器の断面図であって、図６のＡ−Ａ線断面に相当する図である。 図５に示す充電器の上ケースを外した状態を示す斜視図である。 図１３に示す充電器の温度検出部の近傍を示す拡大斜視図である。 図１４に示す温度検出部を反対側から見た斜視図である。 図１０に示す充電器に単四電池を装着する状態であって、上ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。 図５に示す充電器に単三電池を装着する状態であって、上ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。 検出回路の一例を示す回路図である。 図１２に示す充電器に単四電池が正常にセットされない状態を示す断面図である。 温度検出部で単三電池の電池温度を検出する状態を示す断面図である。 温度検出部で単四電池の電池温度を検出する状態を示す断面図である。 図２１に示す温度検出部の縦断面図である。 温度センサーで電池温度を検出する状態を示す拡大断面図である。 温度検出部の拡大斜視図である。 本発明の一実施例にかかる充電器の充電回路の一例を示す回路図である。 本発明の一実施例にかかる充電器で電池を充電するときの温度特性と電圧特性を示すグラフである。

符号の説明

１…ケース １Ａ…上ケース １Ｂ…下ケース
２…電池 ２Ａ…単三電池 ２Ｂ…単四電池
２ａ…凸部電極
３…電池ポケット
４…温度センサー ４Ａ…温度検出素子部
５…回路基板
６…出力端子
７…出力端子 ７Ａ…接触片
８…切換出力端子
９…支持部材 ９Ａ…絶縁ベース部 ９Ｂ…連結部
９Ｃ…軸部 ９Ｄ…支持凸部
９Ｅ…スイッチ押圧部
９ａ…凹部
１０…補助端子
１１…保持部 １１Ａ…第１の保持部 １１Ｂ…第２の保持部
１２…温度検出部
１３…円形開口
１４…弾性アーチ １４Ａ…コイルスプリング部
１５…位置スイッチ
１６…検出回路
１７…ワイヤーフォーミングＳＷ
１８…分圧抵抗
１９…中間接続点
２０…電圧検出回路
２１…電源
２２…アース
２３…支持部
２４…冷却開口
２５…冷却ファン
２６…通風孔
２７…隙間
２８…熱伝導プレート ２８Ａ…挟着プレート ２８Ｂ…挟着プレート
２８Ｃ…弾性連結アーム ２８Ｄ…係止部
２８Ｅ…凸条 ２８Ｆ…スリット
２８Ｇ…切欠部
２９…弾性脚
３０…固定プレート
３１…貫通孔
３２…電源線
３３…ソケット
３４…ＬＥＤ素子
３５…電源回路
３６…スイッチング素子
３７…制御回路
３８…切換スイッチ
３９…フレキシブル基板
５０…金属プレート
５１…ケース
５２…電池ポケット
５３…底面
５４…凹部

Claims (8)

1. 充電する電池(2)を脱着できるように装着する電池ポケット(3)をケース(1)に備えており、この電池ポケット(3)に装着される電池(2)に接触して電池温度を検出する温度検出部(12)と、温度検出部(12)で電池温度を検出して、電池(2)の充電をコントロールする充電回路を備える充電器であって、
   温度検出部(12)が、熱伝導プレート(28)と、この熱伝導プレート(28)に固定している温度センサー(4)とを備えており、
   熱伝導プレート(28)は、温度センサー(4)を上下で挟着する一対の挟着プレート(28A)、(28B)と、上下の挟着プレート(28A)、(28B)を第１の端部で連結している弾性連結アーム(28C)と、第１の端部と反対側の端部に位置する第２の端部にあって、温度センサー(4)を挟着する上下の挟着プレート(28A)、(28B)を連結する係止部(28D)を備えており、
   上下の挟着プレート(28A)、(28B)は、第１の端部を弾性連結アーム(28C)で連結し、第２の端部を係止部(28D)で連結して、温度センサー(4)を挟着して固定しており、熱伝導プレート(28)の挟着プレート(28A)、(28B)に固定している温度センサー(4)が電池温度を検出するようにしてなる充電器。
2. 温度センサー(4)が、フレキシブル基板(39)に温度検出素子部(4A)を固定している請求項１に記載される充電器。
3. 温度検出部(12)の熱伝導プレート(28)が弾性変形できる金属板で、挟着プレート(28A)、(28B)を電池表面に弾性的に押圧する弾性脚(29)を有する請求項１に記載される充電器。
4. 一方の挟着プレート(28B)の両側に一対の弾性脚(29)を連結している請求項３に記載される充電器。
5. 弾性脚(29)を連結している固定プレート(30)を備え、この固定プレート(30)は、一対の弾性脚(29)を出入りできるように挿通する一対の貫通孔(31)を開口しており、一対の弾性脚(29)は、貫通孔(31)よりも上方に向かって、次第に離れる方向に、または接近する方向に傾斜させている請求項４に記載される充電器。
6. 上の挟着プレート(28A)に、下の挟着プレート(28B)に係止される係止部(28D)を設けている請求項１に記載される充電器。
7. 下の挟着プレート(28B)の両側に上方に突出する凸条(28E)を設けており、この凸条(28E)の間に上の挟着プレート(28A)を配設している請求項１に記載される充電器。
8. 上の挟着プレート(28A)の両側に、下の挟着プレート(28B)の凸条(28E)の内面に係止する係止部(28D)を設けている請求項７に記載される充電器。
   

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