JP4618561B2

JP4618561B2 - 電池の充電装置

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Publication number: JP4618561B2
Application number: JP2006126230A
Authority: JP
Inventors: 祥和河野; 信宏高野; 伸二渡部; 浩之塙
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: EP1850443A2; US20070252558A1; CN101064441B; CN101064441A; JP2007300730A; EP1850443A3; US7956575B2

Description

本発明は、例えばコードレス電動工具等の携帯用機器の電源として用いられているニッケルカドミウム電池（以下、ニッカド電池と称す）やニッケル水素電池、リチウムイオン電池等を充電する充電装置に関するものである。

近年、コードレス電動工具等の携帯用機器の電源としてニッカド電池やニッケル水素電池、リチウムイオン電池が使用されている。これらの電池を充電する充電装置は屋外で使用されることが多いため、充電装置に設けられている冷却風路開口部や電池接続部等のような開口部から雨水や金属片が充電装置に混入する可能性があり、導電性の異物が充電装置内に混入した場合や、電池接続部に配置されている電池との接続端子間に異物が接触した場合に、内部の電気回路が異物を介して短絡し故障してしまう恐れがある。その対策として充電装置内に樹脂を充填し、導電性の異物から回路を保護している充電装置がある。

しかしながら上記のような充電装置は、導電性の異物混入による電気回路の短絡を防止できるものの、電池接続部をカバー等により保護していないものは充電端子間が異物によって短絡してしまう恐れがある。本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、導電性の異物が混入した場合でも充電装置の電気回路を保護することである。

上記目的は、複数の素電池を直列に接続した被充電電池を充電する充電装置において、充電装置内部に導電性の異物が混入したことを検出する異常検出手段を設け、異常検出手段の検出結果から異物が混入したかどうかを判別し、異物が混入したと判断したときは充電を停止させるとともに、異常表示手段によって異常を知らせることにより達成される。

導電性の異物が充電装置内に混入したのを検出して充電を停止するようにしたので、短絡等の故障を未然に防ぐことができる。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明となる充電装置の外観図、図２は本発明の充電装置で充電可能な電池パックの外観図である。充電装置１は、上ケース４と下ケース５からなり、電池パック１０２の充電時に電池パック１０２の差込部１０２ａを差し込むための差込口２と、充電装置１内に配置された冷却ファンにより空気を充電装置１内に取り込むための吸気口７と、取り込んだ空気を電池パック１０２の通風口１０２ｂに送るための送風口３と、充電装置１の充電状態等を表示するＬＥＤ等からなる表示部６を備える。また、電池パック１０２の差込部１０２ａの先端には充電装置１側の端子と電気的に接続される端子１０２ｃを備え、更に通風口１０２ｂから入った冷却風を排出するための不図示の排出口を備えている。なお、本実施形態では差込式の充電装置を例に説明するが、スライド式の充電装置にも適用可能である。

次に、本発明となる充電装置１の充電回路の一実施形態を図３を用いて説明する。図３において、充電装置１により充電される電池パック１０２は、単数または直列接続した複数の充電可能な素電池（セル）１０２ｄと、電池パック１０２内の温度を検出するために素電池１０２ｄに接触または近接して配置されたサーミスタ等の温度検出センサとして機能する感温素子１０２ｅから構成される。

第１整流平滑回路１０３は全波整流回路１０３ａおよび平滑コンデンサ１０３ｂから構成され、交流電源１０１を全波整流する。スイッチング素子１０５はＦＥＴ等からなり高周波トランス１０４の一次コイルに直列接続される。スイッチング制御回路１０６は後述する定電流制御回路１０９からの充電電流制御信号に基づいてスイッチング素子１０５の駆動パルス幅を変化させてスイッチング素子１０５のオン時間を制御し、第２整流平滑回路１０７の出力電圧、及び電池パック１０２への充電電流を調整する。また、スイッチング制御回路１０６はマイクロコンピュータ１１３（以下、マイコンと称す）からの出力信号に応じてスイッチング素子１０５をオン・オフ制御し、電池パック１０２の充電の開始及び停止を制御する。第２整流平滑回路１０７は高周波トランス１０４の二次コイルに接続されたダイオード１０７ａ、および平滑コンデンサ１０７ｂから構成される。

電池パック１０２に流れる充電電流は例えば抵抗からなる充電電流検出回路１０８により検出され、その検出信号は演算増幅器等から構成される定電流制御回路１０９に出力される。さらに、定電流制御回路１０９には、マイコン１１３の出力に応じて電池パック１０２の充電電流すなわち所定の電流値に対応する基準電圧を設定する電流設定回路１１０からの電流設定値が入力される。定電流制御回路１０９は、充電電流検出回路１０８で検出した充電電流が電流設定回路１１０によって設定された所定の電流値になるようにスイッチング制御回路１０６に対して電流制御信号を出力し、スイッチング制御回路１０６はその制御信号に基づいてスイッチング素子１０５の駆動パルス幅を変化させスイッチング素子１０５のオン時間を調整し充電電流を設定値になるように制御する。なお、充電電流検出回路１０８、定電流制御回路１０９、及び電流設定回路１１０は充電電流制御部を構成する。

電池パック１０２の電池電圧は抵抗からなる電池電圧検出回路１１１により検出し、その抵抗により分圧された電圧（検出電圧）はマイコン１１３に入力される。

電池温度検出回路１１８は抵抗からなり、電池パック１０２の感温素子１０２ｅと接続されて温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ等の感温素子１０２ｅからの温度信号の変化に基づき、電池温度検出回路１１８の分圧値が変化し、その分圧信号をマイコン１１３に出力する。

充電装置１の状態は例えば複数のＬＥＤからなる表示回路１１４により表示部６（図１参照）に表示され、ＬＥＤの点灯や点滅の組合せにより、充電中や満充電、異常状態等を表示する。なお、表示に限るものではなく充電状態に応じた音によって使用者に報知するようにしてもよい。冷却ファン１１９は図１及び図２に示す吸気口７から空気を吸い込み送風口３及び通風口１０２ｂを介して不図示の排出口から排出することにより充電装置１、電池パック１０２を冷却するために設けられている。定電圧回路１２０は、マイコン１１３、定電流制御回路１０９、電池温度検出回路１１８、異常検出回路１１２、冷却ファン１１９等の駆動電源Ｖｃｃ例えば５Ｖを生成する。

異常検出回路１１２は、抵抗１１５、例えば導電性のジャンパー線１１６及び１１７で構成されている。通常は抵抗１１５を通してマイコン１１３には５Ｖが入力されているが、例えば充電装置１内に金属片等の導電性の異物が混入し、ジャンパー線１１６と１１７が異物によって短絡、もしくは雨水によって任意の抵抗値で接続された場合には、５Ｖが抵抗１１５とジャンパー線１１６及び１１７により分圧され、その分圧比によりマイコン１１３に入力される電圧が低下し、例えばジャンパー線１１６及び１１７の内部抵抗が小さいものであればマイコン１１３へは約０Ｖが入力される。そのため、マイコン１１３は導電性の異物等が混入したことを判断することができる。なお、ジャンパー線１１６及び１１７は異物が混入しやすい場所、もしくは回路上で異物が混入すると故障しやすい場所に設置する必要がある。例えば、図４に示すように充電装置１の電池パック１０２を挿入する電池差込口２は、電池パック１０２の差込部１０２ａを差し込むために開口しているため、どうしても異物が混入しやすくなってしまう。また、電池差込口２には電池パック１０２の差込部１０２ａに設けられる端子１０２ｃと電気的に接続するための充電端子や温度端子があり、導電性の異物が電池差込口２に混入して端子間を短絡してしまう恐れがある。そのため、電池差込口２にジャンパー線１１６及び１１７を設置することにより異物による充電回路の短絡を防止することができる。また、異物が混入した際には、表示回路１１４により使用者に知らせるので、使用者は容易に異物混入を知ることができる。なお、充電装置１は図１のように上ケース４と下ケース５とをネジ等で結合しておけば、容易に異物を取り除くことができる。

次に、本発明となる充電装置１の動作を図３及び図５を参照して説明する。充電装置１を交流電源１０１に接続すると、マイコン１１３は異常検出回路１１２からの電圧を常時監視する（ステップ２０１）。導電性の異物を検出すると、すなわちマイコン１１３への入力が５Ｖではなく、５Ｖを抵抗１１５、ジャンパー線１１６及び１１７で分圧した電圧、例えばジャンパー線１１６及び１１７の内部抵抗が小さい場合は約０Ｖを検出すると、異物が混入したと判断し（ステップ２０１：Ｙｅｓ）、マイコン１１３はスイッチング制御回路１０６にスイッチング素子１０５をオフするための指令信号を出力し、スイッチング素子１０５はスイッチング制御回路１０６からのスイッチング停止信号を受けスイッチング動作を停止させることにより（ステップ２０８）、充電装置１は電池パック１０２の充電を開始せず、表示回路１１４によって使用者に異常すなわち異物混入を知らせる（ステップ２０９）。

一方、異物が検出されなかったと判断した場合、すなわち異常検出回路１１２からマイコン１１３への入力が５Ｖの場合（ステップ２０１：Ｎｏ）、電池パック１０２が接続されるまで待機する（ステップ２０２：Ｎｏ）。電池パック１０２の接続は、例えば温度検出回路１１８や電池電圧検出回路１１１により検出することができる。電池パック１０２が充電装置１に接続されると（ステップ２０２：Ｙｅｓ）、マイコン１１３は電流設定回路１１０に対して予め設定してある充電電流に対応する基準電圧を、またスイッチング制御回路１０６に充電開始信号を出力してスイッチング素子１０５をオンさせ、充電を開始する（ステップ２０３）。

電池パック１０２の充電は、例えば接続された電池パック１０２がニッカド電池パックやニッケル水素電池パックの場合には定電流制御により行う。定電流制御の方式としては、充電開始と同時に電池パック１０２に流れる充電電流を充電電流検出回路１０８により検出した充電電流（充電電流に対応する電圧）と、電流設定回路１１０に設定された所定の電流値に対応する基準電圧とを定電流制御回路１０９に出力し、それらの電圧が一致するように、すなわち充電電流が所定の電流値となるように、定電流制御回路１０９よりスイッチング制御回路１０６に帰還をかけ、スイッチング素子１０５の駆動パルス幅を制御させることにより充電電流を一定に維持する。なお、電流設定回路１１０により複数の充電電流値に設定でき、電池温度等により充電電流を変化させるようにしてもよい。

その後、ステップ２０４において充電中に異物の混入の有無を異常検出回路１１２からの電圧信号に基づいてマイコン１１３によって判別し、マイコン１１３は異物が混入したと判断した場合（ステップ２０４：Ｙｅｓ）、マイコン１１３はスイッチング制御回路１０６にスイッチング素子１０５をオフするための指令信号を出力し、スイッチング素子１０５はスイッチング制御回路１０６からのスイッチング停止信号を受けスイッチング動作を停止させ充電を停止し（ステップ２０８）、表示回路１１４によって使用者に異常を知らせる（ステップ２０９）。

一方、異物が検出されなかったと判断した場合はステップ２０５に進み、満充電検出処理を行う。満充電検出には周知の如く種々の方法があるが、例えば、電池電圧検出回路１１１の出力に基づいて電池電圧が充電末期のピーク電圧から所定量降下したことを検出して充電を制御する−ΔＶ検出や、電池電圧の時間による２階微分値が負になるのを検出して充電を制御する２階微分検出法、また、電池温度検出回路１１８の出力に基づいて電池温度を検出し充電開始からの電池の温度上昇値が所定値以上になるのを検出して充電を制御するΔＴ検出法、特開昭６２−１９３５１８号、特開平２−２４６７３９号、実開平３−３４６３８号公報等に記載されている充電時における所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）が急激に上昇する時点を検出して充電を制御するΔＴ／Δｔ検出法等の一つないし複数の満充電検出法を用いて行えばよい。

次にステップ２０５において、電池パック１０２が満充電状態に達していない場合は（２０５：Ｎｏ）、ステップ２０４に戻り異物検出を行う。電池パック１０２が満充電状態にあると判別したならば（ステップ２０５：Ｙｅｓ）、マイコン１１３はスイッチング制御回路１０６に充電停止信号を出力しスイッチング素子１０５をオフすることにより充電を停止させる（ステップ２０６）。次いで電池パック１０２が充電装置１から取り出されるのを判別し（ステップ２０７）、電池パック１０２が取り出されたことを判別したならば（ステップ２０７：Ｙｅｓ）ステップ２０１に戻る。

次に、第二の実施形態について図６乃至図１０を用いて説明する。図６に示す充電装置は汎用充電装置であり、異なる種類の電池パックを充電可能である。

充電装置３００は異なる種類の電池パック３０１を充電可能であり、電池パック３０１は、単数または直列接続した複数の充電可能な素電池（セル）３０１ａと、電池パック３０１内の温度を検出するために素電池３０１ａに接触または近接して配置されたサーミスタ等の温度検出センサとして機能する感温素子３０１ｂ等から構成される。なお、感温素子３０１ｂは電池パック３０１の種類によって充電装置３００に接続される端子位置が異なり、充電装置３００は、感温素子３０１ｂがどの端子に接続されたかによって接続された電池パック３０１の種類を判別することができる。また、感温素子３０１ｂの端子位置ではなくプラス端子の位置、あるいは感温素子とプラス端子の両方の位置を電池パックの種類によって異ならせ、図9に示すように充電装置３００にはそれらの電池パックの各端子に接続する端子を設けている。図９において、Ｌ＋端子は第１種類の電池パックのプラス端子と、＋端子は第２種類の電池パックのプラス端子と、ＬＳ端子は第１種類の電池パックの感温素子端子と、Ｓ端子は第２種類の電池パックの感温素子端子と、−端子は第１及び第２種類の電池パックのマイナス端子と、それぞれ接続される。また、充電装置３００は、充電装置１と同様、電池パックの差込部を差し込む差込口３００ａと、後述する冷却ファンにより空気を充電装置３００内に取り込むための吸気口３００ｃと、取り込んだ空気を電池パック３０１に送るための送風口３００ｂと、充電装置３００の充電状態等を表示するための後述する表示部３１６とを備える。

図６において、第１整流平滑回路３０２は全波整流回路３０２ａおよび平滑コンデンサ３０２ｂから構成され、交流電源１０１を全波整流する。スイッチング素子３０４はＦＥＴ等からなり高周波トランス３０３の一次コイルに直列接続される。スイッチング制御回路３０５は後述する定電流制御回路３０８からの充電電流制御信号に基づいてスイッチング素子３０４の駆動パルス幅を変化させてスイッチング素子３０４のオン時間を制御し、第２整流平滑回路３０６の出力電圧、及び電池パック３０１への充電電流を調整する。また、スイッチング制御回路３０５はマイコン３１５からの出力信号に応じてスイッチング素子３０４をオン・オフ制御し、電池パック３０１の充電の開始及び停止を制御する。第２整流平滑回路３０６は高周波トランス３０３の二次コイルに接続されたダイオード３０６ａ、および平滑コンデンサ３０６ｂ等から構成される。

電池パック３０１に流れる充電電流は例えば抵抗からなる充電電流検出回路３０７により検出され、その検出信号は演算増幅器等から構成される定電流制御回路３０８に入力される。さらに、定電流制御回路３０８には、マイコン３１５の出力に応じて電池パック３０１の充電電流すなわち所定の電流値に対応する基準電圧を設定する電流設定回路３０９からの電流設定値が入力される。定電流制御回路３０８は、充電電流検出回路３０７で検出した充電電流が電流設定回路３０９によって設定された所定の電流値になるようにスイッチング制御回路３０５に対して電流制御信号を出力し、スイッチング制御回路３０５はその制御信号に基づいてスイッチング素子３０４の駆動パルス幅を変化させスイッチング素子３０４のオン時間を調整し充電電流を設定値になるように制御する。なお、充電電流検出回路３０７、定電流制御回路３０８、及び電流設定回路３０９は充電電流制御部を構成する。

電池パック３０１の電池電圧は抵抗からなる電池電圧検出回路３１９により検出し、その検出信号（抵抗よる分圧電圧）はマイコン３１５に入力される。

第２整流平滑回路３０６の出力電圧は、抵抗からなる出力電圧検出回路３１０により検出され、演算増幅器等から構成される出力電圧制御回路３１１に出力される。さらに出力電圧制御回路３１１には、マイコン３１５の出力に応じて電池パック３０１に対応した所定の出力電圧を設定する出力電圧設定回路３１２からの電圧設定値が入力される。出力電圧制御回路３１１は、出力電圧検出回路３１０で検出した第２整流平滑回路３０６の出力電圧が出力電圧設定回路３１２によって設定された所定の電圧値になるように、定電流制御回路３０８と同様に、スイッチング制御回路３０５に対して電圧制御信号を出力し、スイッチング制御回路３０５はその制御信号に基づいてスイッチング素子３０４の駆動パルス幅を変化させスイッチング素子３０４のオン時間を調整し第２整流平滑回路３０６の出力電圧を設定値になるように制御する。なお、出力電圧検出回路３１０、出力電圧制御回路３１１、及び出力電圧設定回路３１２は出力電圧制御部を構成する。

第１の電池温度検出回路３１３は抵抗からなり、電池パック３０１の感温素子３０１ｂと接続され感温素子３０１ｂの抵抗値は電池温度に応じて変化し、後述する定電圧回路３１８からの電圧Ｖｃｃを抵抗と感温素子３０１ｂの抵抗値とで分圧した電圧（分圧比）が変化することにより電池温度を検出し、その検出信号をマイコン３１５に出力する。第２の電池温度検出回路３１４も抵抗からなり、第１種類の電池パック３０１と種類の異なる第２種類の電池パック３０１’が充電装置３００に接続された際に、電池パック３０１’内の感温素子と接続され、上記と同様の機能を有する。なお、図６において、第２の電池温度検出回路３１４は第１の電池パック３０１とは接続されず、同様に、第１の電池温度検出回路３１３は電池パック３０１と種類の異なる電池パック３０１’とは接続されないように構成されているため、第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４により接続される電池パックの種類を判別することができる。

充電装置３００の状態は例えば複数のＬＥＤ等からなる表示回路３１６により表示され、ＬＥＤの点灯や点滅の組合せにより、充電中や満充電、異常状態等を表示する。なお、表示に限るものではなく充電状態に応じた音によって報知するようにしてもよい。冷却ファン３１７は充電装置３００、電池パック３０１を冷却するために設けられており、吸気口３００ｃから空気を吸い込み送風口３００ｂを介して電池パック内に冷却風を送る。

定電圧回路３１８は、電池パック３０１の充電経路とは別系統に設けられており、マイコン３１５、定電流制御部、出力電圧制御部、電池温度検出回路３１３、３１４、冷却ファン３１７等の駆動電源Ｖｃｃ例えば５Ｖを生成する。なお、定電圧回路３１８は、充電経路とは別系統に設けられておりマイコン３１５等に駆動電源Ｖｃｃを供給しているため、電池パック３０１が充電装置３００に接続されていない場合には充電経路を遮断することができるので低消費電力化が図れる。

本実施形態の異常検出回路３２０は、第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４で構成され、図７及び図８を用いて説明する。

第１の電池温度検出回路３１３は、定電圧回路３１８により供給される電圧Ｖｃｃ例えば５Ｖを、分圧抵抗３１３ａ及び３１３ｂにより分圧し、その分圧電圧をマイコン３１５に出力する。同様に第２の電池温度検出回路３１４は、電圧Ｖｃｃを、分圧抵抗３１４ａ、３１４ｂにより分圧し、その分圧電圧をマイコン３１５に出力する。電池パックが接続されていない場合、第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４の分圧電圧は一定（変化しない）であり、マイコン３１５は電池パックが接続されていないことを判別することができる。本実施形態において、第１種類の電池パック３０１、例えばリチウムイオン電池パックが正常に接続されると、第１の電池温度検出回路３１３に電池パック３０１の感温素子３０１ｂが接続され、マイコン３１５への出力電圧は、５Ｖを抵抗３１３ａと３１３ｂ及び感温素子３０１ｂの合成抵抗とで分圧した値となる。また、第２の電池温度検出回路３１４には電池パック３０１（感温素子３０１ｂ）が接続されないため、マイコン３１５への出力は電池パック３０１の接続前と変化せず一定である。従って、マイコン３１５は第１種類の電池パック３０１が接続されたと判断し、第１種類の電池パック３０１すなわちリチウムイオン電池パックの充電制御により充電を行うことができる。

一方、第２種類の電池パック３０１’、例えばニッケル水素電池パックが接続されると、第１種類の電池パック３０１とは異なる位置に感温素子の端子が位置しているため、第１の電池温度検出回路３１３には接続されず、第２の電池温度検出回路３１４に接続される。従って、第１の電池温度検出回路３１３からの出力電圧は電池パック接続前とは変わらず一定であり、第２の電池温度検出回路３１４からの出力電圧は、５Ｖを抵抗３１４ａと３１４ｂ及び感温素子の合成抵抗とで分圧した値となり、マイコン３１５は第２種類の電池パック３０１’が接続されたと判断し、ニッケル水素電池パックの充電制御により充電を行うことができる。なお、感温素子の接続位置により電池パックの種類を判別するようにしたが、電池パックのプラス端子の接続位置により判別してもよい。

ここで、第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４間に導電性の異物が混入した場合、すなわち第１及び第２種類の電池パックのそれぞれの感温素子と接続する温度端子（図６のＬＳ及びＳ端子）間が短絡した場合を考える。電池パックが接続されていない通常の場合、上記したように第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４の出力電圧は、５Ｖを各分圧抵抗３１３ａと３１３ｂ、３１４ａと３１４ｂで分圧した値となり、マイコン３１５へは一定の電圧が入力される。第1又は第２種類の電池パックが正常に接続された場合、上記したように第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４のどちらか一方の出力電圧が変化する。しかしながら、導電性の異物により第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４間が接触すると、第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４の両方の出力電圧が変化するため、マイコン３１５は充電装置３００の異常、すなわち異物の混入を検出することができる。

本実施形態となる充電装置３００の動作を図６乃至図１０を参照して説明する。充電装置３００を交流電源１０１に接続すると、定電圧回路３１８によりマイコン３１５等に駆動電圧Ｖｃｃが供給され、マイコン３１５等が起動する。なお、充電経路にはスイッチング素子３０４がオンされるまで電力供給が遮断されている。

マイコン３１５は異常検出回路３２０すなわち第１及び第２の電池温度検出手段３１３、３１４の出力電圧を常時監視する（ステップ５０１）。電池パックが接続されていないのにもかかわらず第１及び第２の電池温度検出手段３１３、３１４の出力電圧が変化した場合、マイコン３１５は第１及び第２の電池温度検出手段３１３、３１４の接続端子ＬＳ及びＳが導電性の異物により接触したと判断し（ステップ５０１：Ｙｅｓ）、表示回路３１６に異常を表示し（ステップ５０２）、充電経路への電力供給停止を維持する。

一方、第１及び第２の電池温度検出手段３１３、３１４の出力電圧の変化がない場合、マイコン３１５は導電性の異物による接触異常がないと判断し（ステップ５０１：Ｎｏ）、電池パックが接続されるのを監視する（ステップ５０３）。ここで、電池パックの接続は、上記したように第１及び第２の電池温度検出手段３１３、３１４により検出する。

電池パックが充電装置３００に接続されると（ステップ５０３：Ｙｅｓ）、マイコン３１５は第１及び第２の電池温度検出手段３１３、３１４の出力電圧に基づいて電池パックの種類を判別する。すなわち、上記したように、第１の電池温度検出手段３１３からの出力電圧が変化した場合には第１種類の電池パック３０１（リチウムイオン電池パック）と判断し（ステップ５０４：Ｙｅｓ）、第２の電池温度検出手段３１４からの出力電圧が変化した場合には第２種類の電池パック３０１’（ニッケル水素電池パックまたはニッカド電池パック）と判断し（ステップ５０４：Ｎｏ）、電池パックの種類に応じた充電制御を開始する。

すなわち、リチウムイオン電池パック３０１の場合、マイコン３１５は電流設定回路３０９に対して予め設定してある充電電流に対応する基準電圧を、またスイッチング制御回路３０５に充電開始信号を出力してスイッチング素子３０４をオンさせ、定電流制御により充電を開始する（ステップ５０５）。

このとき、定電流制御の方式としては、充電開始と同時に電池パック３０１に流れる充電電流を充電電流検出回路３０７により検出し、この充電電流に対応する電圧と、電流設定回路３０９に設定された所定の電流値に対応する基準電圧とに基づいて、それらの電圧が一致するように、すなわち充電電流が所定の電流値となるように、定電流制御回路３０８によりスイッチング制御回路３０５に帰還をかけ、スイッチング素子３０４の駆動パルス幅を調整して充電電流を一定に制御する。なお、充電電流値を複数の値に設定できるように、電流設定回路３０９に複数の基準値を持たせ、電池温度に応じて充電電流を切替えるようにしてもよい。

その後、ステップ５０６において、マイコン３１５は充電中の異常を異常検出回路３２０（第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４）からの出力電圧に基づいて判別し、異物が混入したと判断した場合（ステップ５０６：Ｙｅｓ）、すなわち第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４からの出力電圧が変化したことを検出した場合、マイコン３１５はスイッチング制御回路３０５にスイッチング素子３０４をオフするための指令信号を出力し、スイッチング素子３０４はスイッチング制御回路３０５からのスイッチング停止信号を受けスイッチング動作を停止させ充電を停止し（ステップ５０７）、表示回路３１６によって使用者に異常を知らせる（ステップ５０８）。

一方、異常がない場合はステップ５０９に進み、マイコン３１５は電池電圧検出回路３１９によって電池パック３０１の電圧を検出する。電池電圧が所定値に達した場合には（ステップ５０９：Ｙｅｓ）、定電圧制御に切り替えて充電を継続する。定電圧制御は、電池電圧検出回路３１９で検出した電池電圧すなわち出力電圧検出回路３１０で検出した出力電圧と、電圧設定回路３１２に設定された基準電圧値とが一致するように、定電圧制御回路３１１よりスイッチング制御回路３０５に帰還をかけ、スイッチング素子３０４の駆動パルス幅を制御させることにより出力電圧を一定に制御する。

その後、ステップ５１１において、ステップ５０６と同様に、マイコン３１５は充電中の異常検出を異常検出回路３２０（第１及び第２の電池温度検出回路３１３、３１４）からの出力電圧に基づいて判別し、異物が混入したと判別した場合（ステップ５０６：Ｙｅｓ）、マイコン３１５はスイッチング制御回路３０５にスイッチング素子３０４をオフするための指令信号を出力し、スイッチング素子３０４はスイッチング制御回路３０５からのスイッチング停止信号を受けスイッチング動作を停止させ充電を停止し（ステップ５０７）、表示回路３１６によって使用者に異常を知らせる（ステップ５０８）。

ステップ５１１で異常がないと判別した場合はステップ５１２に進み、満充電検出処理を行う。ここで、定電圧制御では充電電流が徐々に低下してくるため、充電電流が予め設定されている満充電電流値以下になった場合に満充電としている。ステップ５１２において、満充電ではないと判断した場合はステップ５１０に戻る。満充電と判断した場合は、マイコン３１５はスイッチング制御回路３０５に充電停止信号を出力しスイッチング素子３０４をオフすることにより充電を停止させる（ステップ５１３）。すなわち充電経路への電力供給を遮断する。次いで電池パック３０１が充電装置３００から取り出されたかを判別し（ステップ５１４）、電池パックが取り出されたらステップ５０１に戻る。

一方、ステップ５０４において、充電装置３００に接続された電池パックがリチウムイオン電池パック３０１ではなく、第２種類の電池パック３０１’たとえばニッケル水素電池パックの場合は、ステップ５１５に進み定電流制御により充電を開始する。定電流制御はステップ５０５と同様に行う。ここで、電池パック３０１’の接続は、第１の電池温度検出回路３１３の出力電圧は変化せず、第２の電池温度検出回路３１４の出力電圧が変化することにより判断する。

その後、ステップ５１６において異常検出を行う。第１及び第２の電池温度検出手段３１３、３１４の出力電圧が変化した場合は異常、すなわち何らかの導電性の異物がＬ＋端子に接触したと判断し、ステップ５０７及び５０８により異常処理を行う。

ステップ５１６で異常がないと判断した場合はステップ５１７に進み、満充電検出処理を行う。定電流制御方式に応じた満充電検出には周知の如く種々の方法があり、上記したように、−ΔＶ検出、２階微分検出法、ΔＴ検出法、ΔＴ／Δｔ検出法等の一つないし複数の満充電検出法を用いて行えばよい。

電池パック３０１’が満充電と判別した場合（ステップ５１７：Ｙｅｓ）、マイコン３１５はスイッチング制御回路３０５に充電停止信号を出力しスイッチング素子３０４をオフすることにより充電を停止させる（ステップ５１３）。次いで電池パック３０１’が充電装置３００から取り出されたかを判別し（ステップ５１４）、電池パック３０１’が取り出されたらステップ５０１に戻る。

以上のように、充電装置内への異物混入を電源投入から常に監視していため、電気回路が短絡する等の故障を未然に防止することができる。また、充電装置内に樹脂を充填したものにおいては故障の防止効果がさらに向上する。樹脂を充填していないものにおいても異物混入を常に監視しているため故障は防止でき、さらに樹脂のコストや重量の低減が図れ安価で軽量な充電装置とすることができる
また、異常検出回路を電池差込口に設けた場合について説明したが、空気の吸気口や排気口等のような開口部にも設けることにより、更なる故障対策が図れる。

本発明となる充電装置の一実施形態を示す外観図。本発明となる充電装置で充電可能な電池パックを示す外観図。本発明となる充電装置の一実施形態を示す回路ブロック図。本発明となる充電装置の一実施形態を示す異常検出回路の配置図。本発明となる充電装置の一実施形態を示すフローチャート。本発明となる充電装置の他の実施形態を示す回路ブロック図。本発明となる充電装置の他の実施形態を示す一部回路ブロック図。本発明となる充電装置の状態図。本発明となる充電装置の他の実施形態を示す外観図。本発明となる充電装置の他の実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

１，３００は充電装置、１０１は交流電源、１０２，３０１は電池パック、１０３，３０２は第１整流平滑回路、１０４，３０３は高周波トランス、１０５，３０４はスイッチング素子、１０６，３０５はスイッチング制御回路、１０７，３０６は第２整流平滑回路、１０８，３０７は充電電流検出回路、１０９，３０８は定電流制御回路、１１０，３０９は電流設定回路、１１１，３１９は電池電圧検出回路、１１２，３２０は異常検出回路、１１３，３１５はマイコン、１１４，３１６は表示回路、１１５は抵抗、１１６，１１７はジャンパー線、１１８，３１３，３１４は電池温度検出回路、３１０は出力電圧検出回路、３０９は出力電圧制御回路、３１２は出力電圧設定回路，１２０，３１８は定電圧回路である。

Claims

電池温度検出素子を有し、異なる種類の電池パックを充電可能な電池の充電装置であって、
第１種類の電池パックの電池温度検出素子のみに接続される端子を有し、第１種類の電池パックの電池温度を検出する第１の電池温度検出手段と、
第２種類の電池パックの電池温度検出素子のみに接続される端子を有し、第２種類の電池パックの電池温度を検出する第２の電池温度検出手段と、
前記第１の電池温度検出手段の検出出力と前記第２の電池温度検出手段の検出出力が共に変化した時に異物が混入したと判断する制御手段とを備えたことを特徴とする電池の充電装置。
前記制御手段は、前記第１の電池温度検出手段又は前記第２電池温度検出手段の検出出力により電池パックが接続されたことを判断し、充電を開始させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装置。
前記制御手段は、前記第１の電池温度検出手段又は前記第２電池温度検出手段の検出出力により電池パックが接続されたことを判断し、充電を開始させる前に異物混入を検出した時には充電を開始させないようにしたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装置。
前記制御手段は、前記第１の電池温度検出手段又は前記第２電池温度検出手段の検出出力により電池パックが接続されたことを判断し、充電を開始した後に異物混入を検出した時には充電を停止させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装置。
前記制御手段は、異物混入を検出した時に異物混入を報知するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装置。