JP5112222B2 - 充電器 - Google Patents

Description

本発明は、充電器に関する。

近年、二次電池、殊にリチウムイオン電池を充電する充電器が種々提案されている。例えば、被充電パック（電池パック）に内蔵された保護ＩＣから出力される過充電状態または通常状態を報知する電池状態信号に基づき、電池パックの充電を制御し、電池パックの電池電圧が著しく低い状態においても充電を可能とする充電器が提案されている（例えば、特許文献１）。また、充電過程の少なくとも一部に定電流充電を行う充電器において、充電開始時に満充電の電池かどうかの判別を行い、満充電電池の再充電を繰り返した場合の過充電を抑制する充電器が提案されている（例えば、特許文献２）。
特開２００７−８２３７９号公報 特開２００７−６６５０号公報

ところで、リチウムイオン電池は、過放電を繰り返すと、正極（カソード）のコバルトが溶出したり、負極（アノード）の集電体の銅が溶出したりしてしまうと二次電池として機能しなくなることが知られている。そして、その状態で充電・放電を行うと、内部抵抗が高い状態にあることから、電池温度が上昇し、内圧が上昇し、電池の弁が動作することで内部の電解液が漏れる虞がある。漏れ出た電解液は、可燃物であり、導電性も有するため、電池パック内に内蔵した電子回路や充電器側の回路とトラッキングを起こし、最悪の場合発火する虞もあった。

しかしながら、特許文献１の充電器においては、被充電パックに内蔵された保護ＩＣが報知する電池状態信号によって動作電圧以下になっても充電が行うことができるが、もし繰り返し過放電状態にさらされたリチウムイオン電池の場合においても充電され続けることになり、また、そのような電池は電池として機能しなくなっている。その結果、電圧の上昇も起こらず充電され続けることになり上記温度上昇を招き、最悪の場合発火にいたる虞がある。

また、特許文献２においても、充電開始時に満充電の電池かどうかの判別を行なって、満充電電池の再充電を繰り返した場合の過充電を抑制するが、過放電を繰り返した電池に対する禁止に関する記載がない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、過放電して電池としての機能をしなくなった二次電池について過放電電池と判断し、充電を行わず、充電を続行することによる不具合を未然に防止することのできる充電器を提供するにある。

請求項１に記載の発明は、二次電池セルを内蔵した電池パックが装着されると、通常の充電を行う前に予め定めた時間、前記通常の充電で供給する第１の充電電流より小さい第２の充電電流を供給して予備充電を開始するようにした充電器であって、前記電池パックの出力電圧を指標する識別部への通電に基づいて該電池パックの種別を判別する判別手段と、前記電池パックの種別に応じて予め設定された前記予備充電時での過放電の有無を判定するための判定電圧のデータを記憶した記憶手段と、前記予備充電時において前記電池パックの電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時、前記電池パックが過放電と判断して前記通常の充電を中止する制御手段とを設けた。

請求項１に記載の発明によれば、制御手段は、充電開始直後の予備充電時において、各種の電池パックに対して、電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達したかどうか、すなわち、電池パックが深放電（過放電）して電池として機能しなくなったかどうか判断する。そして、制御手段は、電池パックが過放電して電池として機能しなくなった電池パックと判断したとき通常の充電を行うことなく、充電を中止する。従って、電池パックの充電が続行されることによって生じる電池温度の上昇及び内圧の上昇に基づく電解液が漏れ等の不具合が未然に防止される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の充電器において、前記制御手段は、過放電して電池として機能しなくなった電池パックと判断したとき、その旨を第１の表示手段に表示する。

請求項２に記載の発明によれば、第１の表示手段の表示を視認することで、ユーザは過放電して電池として機能しなくなった電池パックが充電器に装着されたことを速やかにかつ容易に確認でき、素早い次の対応が可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の充電器において、前記制御手段は、前記予備充電時において、前記電池電圧が満充電若しくはそれに近いことを示す予め定めた目標電池電圧に達していると判断したとき、前記充電を中止する。

請求項３に記載の発明によれば、予備充電時に、電池パックの電池電圧が目標電池電圧値に達しているとき、充電を中止したので、過充電を未然に防止できる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電器において、前記制御手段は、前記電池パックの電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時であって、前記電池パックに充電電流が供給されている時、前記電池パックが過放電であると判断して前記通常の充電を中止し、また、前記電池パックに充電電流が供給されていない時には、前記電池パックが過放電であると判断しない。

請求項４に記載の発明によれば、電池パックが過放電されたものと誤判定されるのが未然に防止できる。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の充電器において、前記制御手段は、前記電池パックが過放電であると判断しないとき、その旨を第２の表示手段に表示する。

請求項５に記載の発明によれば、第２の表示手段の表示を視認することで、ユーザは電池パックが過放電以外の理由で充電されないことを速やかにかつ容易に確認でき、素早い次の対応が可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電器において、前記制御手段は、予備充電において前記電池パックに供給する前記第２の充電電流は、段階的に大きくなるように制御し、初回の最も小さい充電電流の供給直後に、前記電池パックの電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時、予め定めた時刻が経過するまでに、前記電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時には、前記電池パックが過放電であると判断し、また、前記予め定めた時刻が経過するまでに、前記電池電圧が当該電池パックの前記判定電圧に達した時には、前記第２の充電電流を大きくして予備充電を続行する。

請求項６に記載の発明によれば、過放電した電池パックを装着した時、予め定めた時間前に、充電を中止することができる。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の充電器において、前記制御手段は、予備充電において前記第２の充電電流を変更する毎に、前記電池電圧が前記目標電池電圧に達しているかどうか判断する。

請求項７に記載の発明によれば、予備充電中に、段階的に充電電流を順次上げていき、その上げた段階毎に電池電圧が目標電池電圧値に達しているかどうか判断するようにした。従って、予備充電中に細かな精度の高い判断が行われ、充電する必要でない電池パックの過充電を未然に防止できる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の充電器において、前記制御手段は、前記電池パックに備えた読み出し及び書き込み可能な電池パック側記憶手段から、該電池パックが過放電して電池として機能しなくなった電池パックかどうかを示すデータを、前記予備充電の直前に読み出し、その読み出したデータが過放電して電池として機能しなくなった電池パックであることを示すデータであるとき、前記予備充電を行うことなく充電を中止する。

請求項８に記載の発明によれば、既に過放電した電池パックの充電を未然に防止できる。従って、既に過放電した電池パックが充電続行されることによって生じる電解液が漏れ等の不具合を未然に防止できる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の充電器において、前記制御手段は、前記読み出したデータが過放電して電池として機能しなくなった電池パックであることを示すデータであるとき、その旨を第３の表示手段に表示する。

請求項９に記載の発明によれば、第３の表示手段の表示を視認することで、ユーザは電池パックが既に過放電した電池パックであることを速やかにかつ容易に確認でき、素早い次の対応が可能となる。

請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の充電器において、前記制御手段は、前記電池パックを過放電と判断した時、その旨を示すデータを前記電池パック側記憶手段に記憶する。

請求項１０に記載の発明によれば、過放電して電池として機能しなくなった電池パックと判断したとき、該電池パックの電池パック側記憶手段に、該電池パックが過放電したものである旨のデータを書き込むようにした。従って、充電器は、過放電した電池パックが装着されても充電動作を実行しない。

本発明の充電器によれば、過放電して電池として機能しなくなった二次電池について過放電電池と判断し、充電を行わず、充電を続行することによる不具合を未然に防止することができる。

以下、本発明を具体化した充電器の一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、充電器に電池パックを装着した状態を示す全体斜視図である。図１において、充電器１は、直方体形状をなし、側面に電源コード２が延出され、電源コード２の先端に設けたコンセント（図示しない）を介して商用電源３（図２参照）を接続される。充電器１の上面４に装着部４ａを有し、その装着部４ａに電池パック５が載置される。電池パック５は、電動工具に装着される電動工具の駆動電源であって、本実施形態では、リチウムイオン電池よりなる複数本の電池セルＥ１〜Ｅｎ（図２参照）を内蔵している。電池パック５は、その装着部４ａに載置して下方に押し込むことによって充電器１に対して装着され電気的に接続される。

充電器１は、電池パック５が装着されることによって、電池パック５に内蔵した電池セルＥ１〜Ｅｎに対して充電を開始する。装着部４ａに隣接した上面４には、発光ダイオードよりなる第１〜第３表示ランプ６ａ〜６ｃが設けられている。第３の表示手段としての第１表示ランプ６ａは、既に深放電（過放電）した電池パック５が装着されたことを示すランプである。第１の表示手段としての第２表示ランプ６ｂは、充電する電池パック５が初めて深放電（過放電）の電池パックになったことを検出した時に表示するランプである。第２の表示手段としての第３表示ランプ６ｃは、何らかの原因で電池パック５と充電器１とが接触不良で充電ができないことを表示するランプである。

次に、充電器１の電気的構成を説明する。図２は、電池パック５を充電する充電器１に関する部分の電気的構成を示すブロック回路図である。
図２において、電池パック５は、複数段直列に接続される電池セルＥ１〜Ｅｎと、各電池セルＥ１〜Ｅｎの電圧について単段毎に又は２、３段まとめて測定する電圧判定回路８を備えている。また、電池パック５は、充電器１に装着したとき、該充電器１と電気的に接続する電池パック側外部接続端子Ｔｐ１〜Ｔｐ７を有している。

直列に接続された電池セルＥ１〜Ｅｎは、その正極が電池パック側外部接続端子Ｔｐ１に接続され、その負極が電池パック側外部接続端子Ｔｐ２に接続されている。そして、各電池セルＥ１〜Ｅｎは、電池パック側外部接続端子Ｔｐ１，Ｔｐ２を介して充電器１から充電電圧及び充電電流が供給されて充電される。

電圧判定回路８は、各段の電池セルＥ１〜Ｅｎのセル電圧Ｖｃを測定し、いずれかの電池セルが予め定める目標セル電圧値Ｖｃｐに達したどうかを検出する。目標セル電圧値Ｖｃｐは、本実施形態では、３．６ボルトである。電圧判定回路８は、電池セルＥ１〜Ｅｎのいずれかのセル電圧Ｖｃが目標セル電圧値Ｖｃｐ（３．６ボルト）に達した時、アクティブ（ローレベル）の過充電信号ＳＧ１を、反対に、達していないとき、非アクティブ（ハイレベル）の過充電信号ＳＧ１を、電池パック側外部接続端子Ｔｐ３を介して充電器１の制御回路１２へ出力する。

また、電池パック５には、識別抵抗Ｒ１が備えられている。識別抵抗Ｒ１は電池パック側外部接続端子Ｔｐ４，Ｔｐ５間に接続されている。識別抵抗Ｒ１は、該電池パック５の種類、即ち、定格出力電圧を、その抵抗値で指標する。つまり、充電器１は、定格出力電圧が異なる複数種類の電池パック５が充電でき、その種別を知るための識別抵抗Ｒ１である。本実施形態では、識別抵抗Ｒ１は２種類の抵抗値が用意されていて、１４．４ボルトの電池パックと２８．８ボルトの電池パックとが識別できるようになっている。

さらに、電池パック５には、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）よりなる電池パック側記憶手段としてのメモリ９が備えられている。メモリ９は、該電池パック５が深放電（過放電）されたものがどうか示すデータが記憶されている。メモリ９は、電池パック側外部接続端子Ｔｐ６，Ｔｐ７間に接続され、電池パック側外部接続端子Ｔｐ６，Ｔｐ７を介して、充電器１よる深放電（過放電）されたものがどうか示すデータの書き込み又は読み出しを可能にしている。

図２において、充電器１は、電源回路１１、制御手段としての制御回路１２、電圧測定回路１３、電流検出回路１４、判別手段を構成する電池パック種別検出抵抗Ｒ２、電流制御回路１５、フォトカプラ１６、レギュレータ回路１７を有している。又、充電器１は、充電器側外部接続端子Ｔｃ１〜Ｔｃ７を有し、各充電器側外部接続端子Ｔｃ１〜Ｔｃ７は電池パック５が装着されたとき、該電池パック５の対応する電池パック側外部接続端子Ｔｐ１〜Ｔｐ７と電気的にそれぞれ接続される。

電源回路１１は、商用電源３を所望の充電電圧及び充電電流に変換するとともに、商用電源３側と電池パック５側とを電気的に絶縁する回路であって、整流回路２１、絶縁トランス２２、スイッチング制御回路２３及びサブ電源回路２４を備えている。

整流回路２１は、商用電源３からの商用交流を、整流及び平滑化し、整流回路２１のハイ側の出力電源ライン２５は、絶縁トランス２２の１次巻線Ｎ１の中点に接続されている。絶縁トランス２２の１次巻線Ｎ１の両外部接続端子は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して整流回路２１のロー側の出力電源ライン２６に接続される。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、本実施形態ではＭＯＳトランジスタであって、スイッチング制御回路２３によって、交互にオン・オフ制御される。これによって、絶縁トランス２２の１次巻線Ｎ１の第１及び第２巻線部Ｎ１ａ，Ｎ１ｂには、相互に逆方向の交番磁界が交互に発生する。第１及び第２巻線部Ｎ１ａ，Ｎ１ｂには、サージ吸収用のコンデンサＣ１，Ｃ２が並列に接続されている。

絶縁トランス２２の２次巻線Ｎ２は、その中点が接地され、２次巻線Ｎ２の第１及び第２巻線部Ｎ２ａ，Ｎ２ｂに発生した起電力は、両外部接続端子からダイオードＤ１，Ｄ２を介して取り出され、インダクタＬ０及び平滑コンデンサＣ０によって平滑される。

平滑コンデンサＣ０からの充電電流Ｉｃは、充電器側外部接続端子Ｔｃ１及び電池パック側外部接続端子Ｔｐ１を介して電池パック５の正極に供給される。電池パック５の負極から帰還する電流（充電電流Ｉｃ）は、電池パック側外部接続端子Ｔｐ２及び充電器側外部接続端子Ｔｃ２から電流検出回路１４を介して平滑コンデンサＣ０に帰還する。

電源回路１１は、整流回路２１の出力電圧を降圧させて直流電源電圧にするサブ電源回路２４を備えている。サブ電源回路２４は、降圧した直流電源電圧をスイッチング制御回路２３及びフォトカプラ１６に出力される。スイッチング制御回路２３及びフォトカプラ１６は、降圧した直流電源電圧を動作電源として入力し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン・オフ制御する。

電圧測定回路１３は、充電器側外部接続端子Ｔｃ１，Ｔｃ２の間に接続され、電池パック５のその時々の正極・負極間の電池電圧Ｖｎを検出する。電圧測定回路１３は、充電器側及び電池パック側外部接続端子Ｔｃ１，Ｔｐ１を介して電池パック５の正極に接続され、充電器側及び電池パック側外部接続端子Ｔｃ２，Ｔｐ２を介して電池パック５の負極に接続され、その時々の電池パック５の正極・負極間の電池電圧Ｖｎを検出し、電池電圧検出信号ＳＧ２として制御回路１２に出力する。

電流検出回路１４は、充電器側外部接続端子Ｔｃ２と接地（ＧＮＤ）との間に接続した電流検出抵抗Ｒｓと、電流検出抵抗Ｒｓの端子間電圧を検出する電流測定回路部１４ａを有する。電流測定回路部１４ａは、その時々に電流検出抵抗Ｒｓに流れる充電電流Ｉｃを、電流検出抵抗Ｒｓの端子間電圧を測定することで検出し、充電電流検出信号ＳＧ３として制御回路１２に出力する。

電池パック種別検出抵抗Ｒ２は、固定抵抗値の抵抗であって一端が充電器側外部接続端子Ｔｃ２に接続され、他端が充電器側外部接続端子Ｔｃ５及び制御回路１２に接続されている。電池パック種別検出抵抗Ｒ２は、電池パック５が充電器１に装着された時、充電器側外部接続端子Ｔｃ５及び電池パック側外部接続端子Ｔｐ５を介して電池パック５に設けた識別抵抗Ｒ１の一端に接続され、該識別抵抗Ｒ１とで分圧回路を形成する。

識別抵抗Ｒ１の他端は、電池パック側外部接続端子Ｔｐ４及び充電器側外部接続端子Ｔｃ４を介して制御回路１２に接続され、該制御回路１２から予め定めた直流電圧Ｖｘが印加されている。そして、電池パック種別検出抵抗Ｒ２の一端は、制御回路１２に接続されていることから、識別抵抗Ｒ１との間で生成される分圧電圧Ｖｚが該制御回路１２に出力される。すなわち、識別抵抗Ｒ１は、定格出力電圧が異なる２種類の電池パック５ごとに抵抗値が異なるため、制御回路１２に出力される分圧電圧Ｖｚも電池パック５ごとに異なる。

従って、本実施形態では、制御回路１２は、分圧電圧Ｖｚの電圧値を知ることで、充電器１に装着された電池パック５が１４．４ボルトの電池パックか、２８．８ボルトの電池パックかを認識することができる。

制御回路１２は、マイクロコンピュータ等で構成され、前記分圧電圧Ｖｚ、電圧測定回路１３からの電池電圧検出信号ＳＧ２、電流測定回路部１４ａからの充電電流検出信号ＳＧ３、並びに、前記電圧判定回路８からの過充電信号ＳＧ１を入力する。また、制御回路１２は、電池パック５のメモリ９と接続し、メモリ９に記憶された深放電の有無のデータを読み出すとともに、メモリ９に深放電の有無のデータを書き込むようになっている。

そして、制御回路１２は、装着した電池パック５に対して該制御回路１２に内蔵したプログラムメモリに予め定めた記憶したプログラムに従って、充電を実行する。詳述すると、制御回路１２は、まず、電池パック５に対して予備充電を行った後に、定電流充電を行い、次に定電圧充電を行って充電を完了するようになっている。

制御回路１２は、分圧電圧Ｖｚを入力して、装着された電池パック５の種別を判断する。詳述すると、制御回路１２は、分圧電圧Ｖｚに対する電池パック５の種別データを記憶した記憶手段としてのメモリ１２ａを内蔵している。そして、制御回路１２は、入力した分圧電圧Ｖｚの電圧値とメモリ１２ａに記憶した識別データとに基づいて、装着した電池パック５が１４．４ボルトの電池パックか、それとも２８．８ボルトの電池パックかを認識する。

制御回路１２は、装着された電池パック５の種別を判定すると、該電池パック５に対する目標電池電圧値Ｖｎｐと過放電判定電圧値ＶＡを設定する。
目標電池電圧値Ｖｎｐは、充電器１による電池パック５の充電において、充電器１が定電流充電工程から定電圧充電工程に切り換える際の、電池パック５の正極・負極間の電池電圧Ｖｎの電圧値である。ちなみに、本実施形態では、１４．４ボルトの電池パック５の目標電池電圧値Ｖｎｐは１４．４ボルトであり、及び２８．８ボルトの電池パック５の目標電池電圧値Ｖｎｐは２８．８ボルトとしている。そして、これら電池パック５に対する目標電池電圧値Ｖｎｐは、前記制御回路１２に内蔵したメモリ１２ａに予め記憶させてある。

過放電判定電圧値ＶＡは、電池パック５の正極・負極間の正極と負極との間の電池電圧Ｖｎであって、装着した電池パック５が過放電かどうかを判定するための電圧値である。過放電判定電圧値ＶＡは、装着した電池パック５によって異なる。ちなみに、１４．４ボルトの電池パック５の過放電判定電圧値ＶＡは、２８．８ボルトの電池パック５の過放電判定電圧値ＶＡより小さな値である。これら過放電判定電圧値ＶＡは、本実施形態では、電池パック毎に過放電か否かの実験や試験等を予め行い、これら試験等で求めた値を過放電判定電圧値ＶＡとして前記制御回路１２に内蔵したメモリ１２ａに予め記憶している。

また、制御回路１２は、電圧測定回路１３からの電池電圧検出信号ＳＧ２に基づいて、その時々の電池パック５の正極・負極間の電池電圧Ｖｎを検出する。さらに、制御回路１２は、電流測定回路部１４ａからの充電電流検出信号ＳＧ３に基づいて、その時々に充電電流Ｉｃを判定する。さらにまた、制御回路１２は、電圧判定回路８からの過充電信号ＳＧ１に基づいて、電池パック５の電池セルＥ１〜Ｅｎ中のいずれかの電池セルのセル電圧Ｖｃが予め定めた目標セル電圧値Ｖ１（＝３．６ボルト）に達したどうかを判定する。

そして、制御回路１２は、これら判定結果に基づいて、充電の有無を判断したり、定電流充電工程から定電圧充電工程に切り換えてＰＷＭ信号を作成し、該ＰＷＭ信号を電流制御回路１５に出力するようになっている。電流制御回路１５は、制御回路１２からのＰＷＭ信号のデューティーに対応した直流電圧を、フォトカプラ１６を介して前記スイッチング制御回路２３に出力して、前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数及びオン時間を制御させるようになっている。

また、制御回路１２は、これら判定結果に基づいて、充電できる電池パック５かどうかを判定し、その内容を第１〜第３表示ランプ６ａ〜６ｃを点灯制御してユーザに知らせるようになっている。

また、制御回路１２は、レギュレータ回路１７から安定化した直流電源を入力し駆動するようになっている。レギュレータ回路１７は、ドロッパ式の三端子レギュレータ等で実現されるレギュレータ回路であって、前記サブ電源回路２４によって得られた直流電圧を入力し、さらに直流電圧を降圧及び安定化して制御回路１２に出力するようになっている。

図３は、この充電器１の充電特性を示すものであり、充電器１の通常時の充電過程の全体を示す。
時刻ｔ０で電池パック５が装着されると、充電器１は直後の期間Ｔ１（時刻ｔ１）だけ、充電電流Ｉｃを予め定めた通常の第１充電電流値Ｉ１よりも小さい予め定めた第２充電電流値Ｉ２で予備充電を行う。

期間Ｔ１（時刻ｔ１）が経過するまでに、充電器１は予め定め設定された電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡを超えないときは、深放電（過放電）された電池パック５と判断して充電を直ちに中止し、第２表示ランプ６ｂを点灯して異常をユーザに知らせる。

これは、過放電になった電池パック５を装着した場合に生じる。図４（ｂ）に示すように、深放電した電池パック５は、当初から電池電圧Ｖｎは低く、充電開始直後に充電電流Ｉｃ（＝Ｉ２）が流れることで電圧は上昇するが、その後電圧の上昇はほとんど無く、期間Ｔ１内に過放電判定電圧値ＶＡを超えないので、そのために充電を中止する。

また、期間Ｔ１内に設定した電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡを超える場合は、充電器１は、前記期間Ｔ１が経過した時刻ｔ１から、充電電流Ｉｃを通常の第１充電電流値Ｉ１で期間Ｔ２の間、定電流充電を行う。

これは、ある程度充電した電池パック５を装着した場合に生じる。図３に示すように、ある程度放電した電池パック５では、予備充電中に電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達しないからである。期間Ｔ１が経過すると通常の定電流充電に移行し、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達すると、定電圧充電に移行する。

この期間Ｔ２、電池パック５は、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達していない電池電圧検出信号ＳＧ２が電圧測定回路１３から制御回路１２に出力されている。
そして、期間Ｔ２が経過して満充電と判定することができる電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐになると、充電器１は時刻ｔ２から定電流充電から定電圧充電に移行する。

定電圧充電への移行後は、充電器１は過充電信号ＳＧ１がアクティブになる度に充電電流を予め定める減分ΔＩ１ずつ低下させていく多段定電流充電を行うことによって、セル電圧Ｖｃを目標セル電圧値Ｖｃｐに維持しながら、充電電流Ｉｃが抑制される。

充電器１は、充電電流Ｉｃをその要領で下げてゆき、期間Ｔ３が経過して、予め定める電流Ｉｅまで低下したら、該電池パック５の充電を完了する。
尚、期間Ｔ１（時刻ｔ１）が経過するまでに、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達すると、充電器１は電源回路１１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを停止させ、電池パック５への電力供給を停止する。これは、満充電若しくはそれに近い電池パック５に装着した場合に生じる。図４（ａ）に示すように、略満充電の電池パック５では、当初から各セルのセル電圧Ｖｃは高く電池電圧Ｖｎも高い。従って、通常の第１充電電流値Ｉ１よりも小さい微小な第２充電電流値Ｉ２でも、予備充電の期間Ｔ１内に電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達してしまうからである。これに応答して、充電器１（制御回路１２）は、電源回路１１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを停止させ、電池パック５への電力供給を停止する。

尚、期間Ｔ１（時刻ｔ１）は、予め実験や試験等で予め求めた期間であって、前記期間Ｔ２より短い期間である。
次に、上記のように構成した充電器１の充電動作を、図５に示す、マイクロコンピュータで構成された制御回路１２の処理動作を示すフローチャートに従って説明する。

いま、充電器１の電源コード２を商用電源３に接続すると、制御回路１２は電池パック５が装着されるのを待つ（ステップＳ１）。
そして、電池パック５が装着されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御回路１２は、装着された電池パック５のメモリ９から、該電池パック５が深放電（過放電）されたものがどうか示すデータを読み出す。制御回路１２は、読み出したデータに基づいて、装着された電池パック５が深放電されたものかどうか判断する（ステップＳ２）。そして、制御回路１２は、装着された電池パック５が深放電された電池パックである場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、直ちに第１表示ランプ６ａを点灯させた後（ステップＳ３）、充電動作を中止する。

従って、過放電状態の電池セルＥ１〜Ｅｎを内蔵した電池として機能しなくなっている電池パック５が充電続行されることによって生じる電池温度の上昇及び内圧の上昇に基づく電解液が漏れ等の不具合を未然に防止できる。また、第１表示ランプ６ａを点灯させることによって、ユーザは装着された電池パック５が既に深放電されたものと視認でき、素早い次の対応が可能となる。

一方、装着された電池パック５が深放電された電池パックでない場合（ステップＳ２でＮＯ）、制御回路１２は充電動作を開始する（ステップＳ４）。制御回路１２は、まず、電池パック５の識別抵抗Ｒ１に対して直流電圧Ｖｘを印加して、該識別抵抗Ｒ１と電池パック種別検出抵抗Ｒ２とで構成される分圧回路から分圧電圧Ｖｚを入力し、充電器１に装着された電池パック５が１４．４ボルトの電池パックか、２８．８ボルトの電池パックを認識する。そして、制御回路１２は、認識した電池パック５に対する目標電池電圧値Ｖｎｐ及び過放電判定電圧値ＶＡを設定する。続いて、制御回路１２は、充電電流Ｉｃを供給して充電を開始する。このとき、制御回路１２は、充電電流Ｉｃを予め定めた通常の第１充電電流値Ｉ１よりも小さい予め定めた第２充電電流値Ｉ２を電池パック５に供給して、いわゆる、予備充電を開始する。

制御回路１２は、充電電流Ｉｃ（＝Ｉ２）を供給して予備充電を開始すると、制御回路１２に内蔵したタイマの計時動作を開始させる（ステップＳ５）。続いて、制御回路１２は、時刻ｔ１を経過する前に、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達したかどうか判断する（ステップＳ６，Ｓ７）。そして、制御回路１２は、時刻ｔ１を経過する前に、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達したとき（ステップＳ６でＹＥＳ）、充電を終了する。即ち、満充電若しくはそれに近い電池パックであって、充電する必要がない電池パック５が充電器１に装着されたとして過充電を防止するために充電動作を終了する。

一方、制御回路１２は、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達しないで時刻ｔ１が経過したとき（ステップＳ７でＹＥＳ）、電池電圧Ｖｎが先に設定した過放電判定電圧値ＶＡ以上かどうか判断する（ステップＳ８）。ここで、装着した電池パック５が、深放電した電池パックの疑いがあるかかどうかチェックする。

そして、制御回路１２は、電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達していると判断すると（ステップＳ８でＹＥＳ）、充電電流Ｉｃを予め定めた通常の第１充電電流値Ｉ１を電池パック５に供給して、いわゆる、定電流充電を開始する（ステップＳ９）。制御回路１２は、定電流充電を実行している間、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達したかどうか判断する（ステップＳ１０）。

やがて、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達すると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、制御回路１２は、定電流充電から定電圧充電に切り換える（ステップＳ１１）。
制御回路１２は、定電圧充電への移行後は、電池パック５からの過充電信号ＳＧ１がアクティブになる度に、即ちいずれかの電池セルのセル電圧Ｖｃが目標セル電圧値Ｖｃｐになる毎に（ステップＳ１２でＹＥＳ）、充電電流Ｉｃが予め定めた電流Ｉｅまで予め定める減分ΔＩ１ずつ低下させていく多段定電流充電を行う（ステップＳ１３，Ｓ１４）。これによって、セル電圧Ｖｃを目標セル電圧値Ｖｃｐに維持しながら、充電電流Ｉｃが抑制される。

制御回路１２は、充電電流Ｉｃをその要領で下げて行き、充電電流Ｉｃが予め定めた電流Ｉｅまで低下すると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、該電池パック５の充電を完了する。
一方、ステップ８において、制御回路１２は、時刻ｔ１が経過しても、電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達していないと判断すると（ステップＳ８でＹＥＳ）、充電電流Ｉｃが流れているかどうか判断する（ステップＳ１５）。そして、充電電流Ｉｃが流れている場合（ステップＳ１５でＮＯ）、制御回路１２は深放電（過放電）された電池パック５と判断して第２表示ランプ６ｂを点灯させるとともに（ステップＳ１６）、該電池パック５のメモリ９に深放電である旨のデータを書き込んだ後（ステップＳ１７）、充電動作を中止する。

従って、過放電状態の電池セルＥ１〜Ｅｎを内蔵した電池として機能しなくなった電池パック５が充電続行されることによって生じる電池温度の上昇及び内圧の上昇に基づく電解液が漏れ等の不具合を未然に防止できる。また、第２表示ランプ６ｂを点灯させることによって、ユーザは装着された電池パック５が深放電されたものと視認でき、素早い次の対応が可能となる。さらに、該電池パック５のメモリ９に、該電池パック５が深放電したものであるデータが、自動的に書き込まれるため、充電器１は、再度充電器１に装着されても充電動作を実行することがない。

一方、ステップＳ１５において、充電電流Ｉｃが流れていない場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、制御回路１２は、電池パック５が深放電されたものではなく、電池パック５と充電器１との電気的接続が行われず充電電流Ｉｃが流れないと判断し、第３表示ランプ６ｃを点灯させた後（ステップＳ１８）、充電動作を中止する。従って、第３表示ランプ６ｃを点灯させることによって、ユーザは電池パック５が充電器１に対して確実に接続されないため充電が行われないことを視認でき、素早い次の対応が可能となる。

次に、上記のように構成した実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、充電開始直後の予備充電時において、電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達したかどうかの判断で、電池パック５が深放電して電池として機能しなくなったかどうか判断するようにした。そして、電池パック５が深放電して電池として機能しなくなった電池パック５の場合、充電を中止した。従って、充電が続行されることによって生じる電池温度の上昇及び内圧の上昇に基づく電解液が漏れ等の不具合を未然に防止できる。

（２）上記実施形態によれば、電池パック５が深放電して電池として機能しなくなった電池パック５と判断した場合、第２表示ランプ６ｂを点灯させるようにした。従って、ユーザは装着された電池パック５が深放電されたものと視認でき、素早い次の対応が可能となる。

（３）上記実施形態によれば、電池パック５が深放電して電池として機能しなくなった電池パック５と判断した場合、該電池パック５のメモリ９に、該電池パック５が深放電したものであるデータが、自動的に書き込むようにした。従って、充電器１は、再度電池パック５が充電器１に装着されても充電動作が実行されることはない。

（４）上記実施形態によれば、充電開始前に、電池パック５が既に深放電したものである電池パックかどうか、該電池パック５のメモリ９に記憶したデータに基づいて判断するようにした。そして、電池パック５が既に深放電したものである電池パックであると判断した場合、充電を中止した。従って、電池パック５が充電続行されることによって生じる電解液が漏れ等の不具合を未然に防止できる。

（５）上記実施形態によれば、電池パック５が既に深放電したものである電池パックであると判断した場合、第１表示ランプ６ａを点灯させた。従って、ユーザは装着された電池パック５が既に深放電されたものと視認でき、素早い次の対応が可能となる。

（６）上記実施形態によれば、電池パック５と充電器１との電気的接続がうまく行われず充電ができない場合、第３表示ランプ６ｃを点灯させるようにした。従って、第３表示ランプ６ｃの点灯を視認するだけで、ユーザは電池パック５が充電器１に対して確実に接続されないため充電が行われないことを確認でき、素早い次の対応が可能となる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、図５のステップ２において、充電開始前に、電池パック５が既に深放電したものである電池パックかどうかを判断し、電池パック５が既に過放電したものである電池パックであると判断した場合、充電を中止したが、これを省略してもよい。即ち、電池パック５が装着されたら、電池パック５が既に深放電したものである電池パックかどうかを判断することなく、ステップ４に移行して充電（予備充電）を開始してもよい。

・上記実施形態では、予備充電時において、電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達せず、しかも、充電電流Ｉｃが流れていない時、電池パック５が深放電して電池として機能しなくなったかどうか判断するようにした。これを、充電電流Ｉｃの有無に関係なく電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達したかどうかだけで判断するようにして実施してもよい。

・上記実施形態では、第１〜第３表示ランプ６ａ〜６ｃを設け、それぞれ充電中止の態様を表示するようにしたが、これを全て又は一部を省略して実施してもよい。
・上記実施形態では、２種類の電池パック５を識別できるようにしたが、これに限定されるものではなく、１種類又は３種類以上とその数を適宜変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、電池パック５の種別を、電池パック５に設けた識別抵抗Ｒ１と充電器１に設けた電池パック種別検出抵抗Ｒ２とで構成した分圧回路からの分圧電圧Ｖｚで判断するようにした。これを、電池パック５に設けたメモリ９に電池パック５の種別を示すデータを記憶し、制御回路１２がそれを読み出すようにして実施してもよい。

・上記実施形態では、予備充電時において、充電電流Ｉｃを通常時の第１充電電流値Ｉ１より小さい第２充電電流値Ｉ２を供給するようにした。これを、予備充電時において、充電電流Ｉｃを時刻ｔ１が経過するまでに、段階的に上げるように実施してもよい。

図６は充電器の充電動作を示すフローチャート、図７は電池パックにおける充電器の充電過程を示す。
図６において、第２充電電流値Ｉ２の充電電流Ｉｃを供給して予備充電を開始し、時刻ｔａ（＜ｔ１）が経過しても電池電圧Ｖｎは目標電池電圧値Ｖｎｐに達しなかった時（ステップＳ７ａ）、制御回路１２は、電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡ以上かどうか判断する（ステップＳ８）。

そして、制御回路１２は、電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達していると判断すると（ステップＳ８でＹＥＳ）、充電電流Ｉｃを第２充電電流値Ｉ２より大きく第１充電電流値Ｉ１より小さい第３充電電流値Ｉ３を電池パック５に供給する（ステップＳ８−１）。また、制御回路１２は、時刻ｔａが経過しても、電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達していないと判断すると（ステップＳ８でＮＯ）、予め定めた時刻ｔｂ（＜ｔ１）が経過するまでに電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達しているかどうか判断する（ステップＳ８−２，Ｓ８−３）。

時刻ｔａが経過しても電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達していないと判断すると（ステップＳ８−３でＹＥＳ）、制御回路１２は、該電池パック５が深放電であるものと判断して充電動作を中止する。一方、時刻ｔａする前に電池電圧Ｖｎが過放電判定電圧値ＶＡに達すると（ステップＳ８−２でＹＥＳ）、制御回路１２は、ステップＳ８−１に移行し、充電電流Ｉｃの電流値を前記第２充電電流値Ｉ２から前記第３充電電流値Ｉ３（＞Ｉ２）に切り換えて電池パック５に供給する。

制御回路１２は電池パック５への充電電流Ｉｃ（＝Ｉ３）の供給を開始すると、前記時刻ｔｂ（＜ｔ１）が経過するまでに電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達しているかどうか判断する（ステップＳ８−４，Ｓ８−５）。

そして、制御回路１２は、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達していると判断すると（ステップＳ８−４でＹＥＳ）、満充電若しくはそれに近い電池パック５であって、充電する必要がない電池パック５と判断し過充電を防止するために充電動作を終了する。また、制御回路１２は、時刻ｔｂが経過しても、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達していないと判断すると（ステップＳ８−５でＹＥＳ）、充電電流Ｉｃの電流値を前記第３充電電流値Ｉ３より大きく前記第１充電電流値Ｉ１より小さい第４充電電流値Ｉ４（＞Ｉ３）に切り換えて電池パック５に供給する（ステップＳ８−６）。

制御回路１２は電池パック５への充電電流Ｉｃ（＝Ｉ４）の供給を開始すると、前記時刻ｔ１が経過するまでに電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達しているかどうか判断する（ステップＳ８−７，Ｓ８−８）。

そして、制御回路１２は、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達していると判断すると（ステップＳ８−６でＹＥＳ）、満充電若しくはそれに近い電池パック５であって、充電する必要がない電池パック５と判断し過充電を防止するために充電動作を終了する。一方、制御回路１２は、時刻ｔ１が経過しても、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達していないと判断すると（ステップＳ８−８でＹＥＳ）、充電電流Ｉｃを第１充電電流値Ｉ１を電池パック５に供給して、いわゆる、定電流充電を開始する（ステップＳ９）。

以後、上記実施形態と同様な処理を行って電池パック５を充電する。
この場合、過放電した電池パック５を装着した時、時刻ｔ１を経過する前の時刻ｔｂで、無用な充電を中止することができる。

しかも、予備充電中に、段階的に充電電流Ｉｃを第２充電電流値Ｉｃ２、第３充電電流値Ｉｃ３、第４充電電流値Ｉｃ４と順次上げていき、その上げた段階毎に一定時間、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐに達しているかどうか判断し、電池電圧Ｖｎが目標電池電圧値Ｖｎｐにたした時、満充電又かそれに近い充電がなされた電池パック５と判断して充電を中止するようにした。従って、短い時間の予備充電の期間Ｔ１の間に、充電電流を変更して複数回（２回）判断を行うようにしたので、細かな精度の高い判断が行われ、充電する必要でない電池パック５の過充電を防止できる。

本発明の一実施形態の充電器の全体斜視図である。 同じく、充電器の電気的構成を示す電気ブロック回路図である。 同じく、充電器の通常時の充電過程を示すグラフである。 同じく、（ａ）は満充電若しくはそれに近い電池パックにおける充電器の充電過程を示すグラフであり、（ｂ）は深放電になった電池パックにおける充電器の充電過程を示すグラフである。 同じく、充電器の充電動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の別例の充電器の充電動作を説明するためのフローチャートである。 同じく、充電器の通常時の充電過程を示すグラフである。

符号の説明

１…充電器、５…電池パック、６ａ…第１表示ランプ、６ｂ…第２表示ランプ、６ｃ…第３表示ランプ、８…電圧判定回路、９…メモリ、１１…電源回路、１２…制御回路、１２ａ…メモリ、１３…電圧測定回路、１４…電流検出回路、１５…電流制御回路、１６…フォトカプラ、２１…整流回路、２２…絶縁トランス、２３…スイッチング制御回路、Ｉｃ…充電電流、Ｉ１…第１充電電流値、Ｉ２…第２充電電流値、Ｉ３…第３充電電流値、Ｉ４…第４充電電流値、Ｒ１…識別抵抗、Ｒ２…電池パック種別検出抵抗、Ｖｎ…電池電圧、Ｖｎｐ…目標電池電圧値、ＶＡ…過放電判定電圧値、Ｖｃ…電池セル電圧、Ｖｃｐ…目標セル電圧、Ｅ１〜Ｅｎ…電池セル、Ｖｚ…分圧電圧、Ｔ１…期間、Ｔ２…期間、Ｔ３…期間、ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔａ，ｔｂ…時刻。

Claims (10)

1. 二次電池セルを内蔵した電池パックが装着されると、通常の充電を行う前に予め定めた時間、前記通常の充電で供給する第１の充電電流より小さい第２の充電電流を供給して予備充電を開始するようにした充電器であって、
   前記電池パックの出力電圧を指標する識別部への通電に基づいて該電池パックの種別を判別する判別手段と、
   前記電池パックの種別に応じて予め設定された前記予備充電時での過放電の有無を判定するための判定電圧のデータを記憶した記憶手段と、
   前記予備充電時において前記電池パックの電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時、前記電池パックが過放電と判断して前記通常の充電を中止する制御手段と
   を設けたことを特徴とする充電器。
2. 請求項１に記載の充電器において、
   前記制御手段は、過放電して電池として機能しなくなった電池パックと判断したとき、その旨を第１の表示手段に表示することを特徴とする充電器。
3. 請求項１又は２に記載の充電器において、
   前記制御手段は、前記予備充電時において、前記電池電圧が満充電若しくはそれに近いことを示す予め定めた目標電池電圧に達していると判断したとき、前記充電を中止することを特徴とする充電器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電器において、
   前記制御手段は、前記電池パックの電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時であって、前記電池パックに充電電流が供給されている時、前記電池パックが過放電であると判断して前記通常の充電を中止し、また、前記電池パックに充電電流が供給されていない時には、前記電池パックが過放電であると判断しないことを特徴とする充電器。
5. 請求項４に記載の充電器において、
   前記制御手段は、前記電池パックが過放電であると判断しないとき、その旨を第２の表示手段に表示することを特徴とする充電器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電器において、
   前記制御手段は、予備充電において前記電池パックに供給する前記第２の充電電流は、段階的に大きくなるように制御し、初回の最も小さい充電電流の供給直後に、前記電池パックの電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時、予め定めた時刻が経過するまでに、前記電池電圧が当該電池パックの判定電圧に達していない時には、前記電池パックが過放電であると判断し、また、前記予め定めた時刻が経過するまでに、前記電池電圧が当該電池パックの前記判定電圧に達した時には、前記第２の充電電流を大きくして予備充電を続行することを特徴とする充電器。
7. 請求項６に記載の充電器において、
   前記制御手段は、予備充電において前記第２の充電電流を変更する毎に、前記電池電圧が前記目標電池電圧に達しているかどうか判断することを特徴とする充電器。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の充電器において、
   前記制御手段は、前記電池パックに備えた読み出し及び書き込み可能な電池パック側記憶手段から、該電池パックが過放電して電池として機能しなくなった電池パックかどうかを示すデータを、前記予備充電の直前に読み出し、その読み出したデータが過放電して電池として機能しなくなった電池パックであることを示すデータであるとき、前記予備充電を行うことなく充電を中止することを特徴とする充電器。
9. 請求項８に記載の充電器において、
   前記制御手段は、前記読み出したデータが過放電して電池として機能しなくなった電池パックであることを示すデータであるとき、その旨を第３の表示手段に表示することを特徴とする充電器。
10. 請求項８又は９に記載の充電器において、
    前記制御手段は、前記電池パックが過放電であると判断した時、その旨を示すデータを前記電池パック側記憶手段に記憶することを特徴とする充電器。

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