JP5576264B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、充電時のバッテリ保護回路の正常作動を確認できる機能を有するバッテリ充電装置に関する。

従来、充電装置には、バッテリから温度などの各種情報を取得し、取得した情報に基づいて充電制御をするためのコントローラが備えられている。また、コントローラに故障が生じ、充電制御が正常に行われなくなったときのために、コントローラとは別に、コントローラを経由せずに、バッテリからの情報に基づいて充電電流を停止させる保護回路を備えているものがある。

この保護回路を用いることによって、コントローラに異常が生じ、コントローラから充電停止指示ができないときにも、充電を強制的に停止できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−９３９２５号公報

ところが、上記のような保護回路を用いたとしても、例えば、バッテリと接続されるコネクタから保護回路までの経路途中で断線等の故障が発生した場合には、コントローラに異常が発生すると、バッテリの充電が停止せずに、充電され続けてしまうこととなり、バッテリの故障につながるおそれがあるという問題がある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、充電時の信頼性の高い充電装置を提供することを目的とする。

この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。

上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた発明は、電動工具用のバッテリ（５）を充電するための充電装置（１）であって、制御手段（１０）、充電検出手段（２０）、充電停止手段（３０）及び診断手段（４０）を備えている。

制御手段（１０）は、バッテリ（５）の状態を示す情報をバッテリ（５）から取得し、取得した情報が所定の第１条件を満たすか否かにより、バッテリ（５）への充電の許可又は禁止を制御するものであり、充電検出手段（２０）は、バッテリ（５）への充電電流を検出するものである。

充電停止手段（３０）は、バッテリ（５）の状態を示す情報をバッテリ（５）から取得し、取得した情報が所定の第２条件を満たす場合に、制御手段（１０）による充電の許可又は禁止の制御とは無関係にバッテリ（５）への充電を停止させるものである。

診断手段（４０）は、制御手段（１０）から入力される情報に基づき、第２条件を満たす診断情報をバッテリ（５）の状態を示す情報に加えて又は代えて充電停止手段（３０）に入力するものである。

また、制御手段（１０）は、バッテリ（５）への充電を許可した状態で、第２条件を満たす診断情報を診断手段（４０）に出力することにより、充電停止手段（３０）を介してバッテリ（５）への充電を停止させ、その後、充電検出手段（２０）からバッテリ（５）が充電されているか否かを取得し、充電されていない場合に、診断手段（４０）に対する第２条件を満たす診断情報を停止して、バッテリ（５）への充電を開始し、充電されている場合には、バッテリ（５）への充電を禁止する。

このような、充電装置（１）によれば、バッテリ（５）充電時の信頼性を高くすることができる。以下説明する。
バッテリ（５）への充電を許可した状態で、バッテリ（５）の状態を示す情報に加えて又は代えて、所定の第２条件を満たす診断情報を充電停止手段（３０）に入力する。

ここで、「所定の第２条件」とは、例えば、バッテリ（５）の充電電圧の上限値を超える電圧値やバッテリ（５）の満充電時の温度を超える値の温度或いはバッテリ（５）が故障していることを示す情報などのように、バッテリ（５）の充電を禁止させる条件を意味している。

したがって、充電装置（１）、特に充電停止手段（３０）が正常であれば、バッテリ（５）への充電を許可した状態で、バッテリ（５）の状態を示す情報に加えて又は代えて、所定の第２条件を満たす診断情報を充電停止手段（３０）に入力すると、バッテリ（５）への充電が行われないことになる。

そこで、所定の第２条件を充電停止手段（３０）にした状態で、充電検出手段（２０）からバッテリ（５）が充電されているか否かを取得し、充電されていなければ、充電装置（１）は正常であり、充電されていれば、充電装置（１）が異常であることが分かる。

したがって、充電されていない場合に、バッテリ（５）の充電を開始し、充電されている場合には、バッテリ（５）の充電を禁止することにより、充電装置（１）、特に充電停止手段（３０）が故障した状態でバッテリ（５）の充電が行われることがないので、バッテリ（５）充電時の充電装置（１）の信頼性を高くすることができるのである。

ここで、「バッテリ（５）の状態を示す情報」とは、例えば、バッテリ（５）の温度、充電電圧などバッテリ（５）の充電量に関する情報やバッテリ（５）が正常又は異常であるなど、バッテリ（５）が充電可能な状態であるか否かを示す情報である。

また、「所定の第１条件」とは、バッテリ（５）が充電可能な温度の上限値を意味しており、充電の対象となるバッテリ（５）の種類により異なる値となる。また、前述の「所定の第２条件」も充電の対象となるバッテリ（５）の種類により異なる値となる。

ここで、バッテリ（５）の状態を示す情報には、充電するバッテリ（５）の種類などによって、種々のものがある。例えば、バッテリ（５）が充電されるに従いバッテリ（５）の温度は上昇し、満充電状態になると上限値となる。

そこで、請求項２に記載のように、バッテリ（５）の状態を示す情報としてバッテリ（５）の温度を用い、所定の第１条件をバッテリ（５）が充電可能な温度の上限値とし、所定の第２条件をバッテリ（５）が充電可能な温度の上限値に規定値を加えた温度よりも高い温度とするとよい。

このようにすると、バッテリ（５）を満充電状態となるまで充電することができるとともに、満充電状態を示す上限値（所定の第１条件）を超える温度（所定の第２条件）で自己診断がなされるので、充電装置（１）を確実に保護できる。

特に、温度は、ＮｉＭＨバッテリ又はＮｉＣｄバッテリの充電状態を示す情報として適しているので、ＮｉＭＨバッテリ又はＮｉＣｄバッテリを充電する際の充電装置（１）の保護に適している。

また、バッテリ（５）が充電されるに従い充電電圧が上昇し、満充電状態になると上限値となる。そこで、請求項３に記載のように、バッテリ（５）の状態を示す情報としてバッテリ（５）の充電電圧を用い、所定の第１条件をバッテリ（５）が充電可能な充電電圧の上限値とし、所定の第２条件をバッテリ（５）が充電可能な充電電圧の上限値に規定値を加えた電圧よりも高い電圧としてもよい。

このようにすると、バッテリ（５）を満充電状態になるまで充電することができるとともに、満充電電圧の上限値（所定の第１条件）を超える電圧（所定の第２条件）で自己診断がなされるので、充電装置（１）を確実に保護できる。

特に、充電電圧は、Ｌｉイオンバッテリ（５）の充電状態を示す情報として適しているので、Ｌｉイオンバッテリ（５）を充電する際の充電装置（１）の保護に適している。
さらに、請求項４に記載のように、バッテリ（５）の状態を示す情報としてバッテリ（５）の充電を許可又は停止のいずれかを示すディジタルデータを用い、所定の第１条件及び所定の第２条件は、共に、バッテリ（５）の充電停止を示すディジタルデータとするとよい。

このようにすると、バッテリ（５）の充電状態を示す温度や充電電圧をディジタルデータとして利用する以外に、バッテリ（５）の正常又は異常を示す情報によって充電制御と自己診断ができる。

したがって、バッテリ（５）の温度や充電電圧に加え、バッテリ（５）の故障時などの異常時に充電を開始することがないので、充電装置（１）を確実に保護することが可能となる。

ところで、充電装置（１）の自己診断は、種々のタイミングに行うことが考えられる。バッテリ（５）の充電開始前に行う場合には、請求項５に記載のように、バッテリ（５）が挿入されたことを検出するバッテリ挿入検出手段（１０２又は１００又は６０）を備え、制御手段（１０）は、バッテリ挿入検出手段（１０２又は１００又は６０）でバッテリ（５）の挿入検出がされてから、充電が開始される前に自己診断処理を実行するようにするとよい。

このようにすると、バッテリ（５）の充電開始前に充電装置（１）の自己診断ができるので、安全にバッテリ（５）の充電を行うことができる。
また、請求項６に記載のように、バッテリ（５）が挿入されたことを検出するバッテリ挿入検出手段（１０２又は１００又は６０）を備え、制御手段（１０）は、バッテリ挿入検出手段（１０２又は１００又は６０）を介してバッテリ（５）の挿入検出がされ、充電が開始された後、所定の自己診断開始条件となったときに、自己診断処理を実行するようにするとよい。

ここで、「所定の自己診断開始条件となったとき」とは、例えば、充電を開始してから所定の時間が経過した場合やバッテリ（５）の充電量が所定の値になった場合を意味している。なお、充電量は前述のように、バッテリ（５）の温度や充電電圧で検出したり、又は充電検出手段（２０）を用いて制御部で充電電流を積算することにより求めることも可能である。

このようにすると、バッテリ（５）の充電途中に充電装置（１）の自己診断を行うことができるので、充電中に回路故障が発生した場合にも、確実に充電を停止することができるため、信頼性をさらに高めることができる。

また、請求項７に記載のように、制御手段（１０）は、バッテリ（５）への充電を許可した状態で、第２条件を満たす診断情報を診断手段（４０）に出力することにより、充電停止手段（３０）を介してバッテリ（５）への充電を停止させ、その後、充電検出手段（２０）からバッテリ（５）が充電されているか否かを取得し、充電されていない場合に、診断手段（４０）に対する第２条件を満たす診断情報の出力を停止して、バッテリ（５）への充電を開始するとともに、充電停止手段（３０）が正常である旨の情報を外部に出力し、充電されている場合には、バッテリ（５）への充電を禁止する自己診断処理を実行するとともに、充電停止手段（３０）が異常である旨の情報を外部に出力するようにするとよい。

このようにすると、充電装置（１）の充電停止手段（３０）が正常であるか異常であるかの情報が外部に出力されるので、その情報を、例えば、正常／異常の情報を表示したり、音響出力したりすれば、使用者に正常・異常が分かるので、便利で使いやすい充電装置（１）となる。

充電装置の概略の回路構成を示す回路図である。 バッテリの充電状態を示す情報としてバッテリの温度を用いた場合の充電禁止検出回路及び自己診断回路の部分の回路図である。 制御部で実行される自己診断処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態における充電装置の概略の回路構成を示す回路図である。 第２実施形態において、バッテリの充電状態を示す情報としてバッテリの充電電圧を用いた場合の充電禁止検出回路及び自己診断回路の部分の回路図である。 第３実施形態における充電装置の概略の回路構成を示す回路図である。 第３実施形態において、バッテリの充電状態を示す情報としてバッテリからのディジタルデータを用いた場合の充電禁止検出回路及び自己診断回路の部分の回路図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された充電装置１の概略の回路構成を示す回路図であり、図２は、バッテリ５の充電状態を示す情報としてバッテリ５の温度を用いた場合の充電禁止検出回路３０及び自己診断回路４０の部分の回路図である。

充電装置１は、電動工具用のバッテリ５を充電するための充電装置１であって、図１に示すように、制御部１０、電流検出部２０、電流検出素子２２、充電禁止検出回路３０、自己診断回路４０、電圧検出部６０、ＰＷＭ出力設定部７０、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２、ＰＷＭ制御用ＩＣ７４、メインコンバータ８０、電源端子８２、ノイズフィルタ８４、整流平滑回路８６及びＬＥＤ９０などを備えている。

制御部１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏを備えており、バッテリ５の状態を示す情報をバッテリ５から取得し、取得した情報が所定の第１条件を満たすか否かにより、バッテリ５への充電の許可又は禁止を制御するものである。

第１実施形態において、「バッテリ５の状態を示す情報」は、バッテリ５の温度であり、「所定の第１条件」とは、バッテリ５が充電可能な温度の上限値を意味しており、充電の対象となるバッテリ５の種類により異なる値となる。

なお、バッテリ５の充電が進み、満充電状態に近づくに従い、バッテリ５の温度は高くなり、温度センサから出力される電圧は逆に低くなっている。
電流検出部２０は、バッテリ５へ充電が行われているか否かを検出するためのものであり、メインコンバータ８０の２本の出力ラインのうち、ＧＮＤラインに直列に配置された電流検出素子２２の出力電圧を測定することにより、バッテリ５に充電装置１からバッテリ５へ出力される充電電流を検出する。なお、電流検出素子２２は、電流を電圧に変換して出力するシャント抵抗などである。

充電禁止検出回路３０は、バッテリ５の状態を示す情報（温度）をバッテリ５から取得し、取得した温度が所定の第２条件を満たす場合に、制御部１０による充電の許可又は禁止の制御とは無関係にバッテリ５への充電を停止させるものである。

第１実施形態において、「所定の第２条件」とは、バッテリ５が充電可能な温度の上限値に規定値を加えた温度よりも高い温度であり、充電の対象となるバッテリ５の種類によって異なる値となる。ここで規定値とは、０以上の値である。充電器が正常の場合には制御部１０により満充電検出がなされ、充電停止をするため、充電禁止検出回路３０はその温度よりも高いところに閾値を設けている。

具体的には、図１に示すように、バッテリ５の状態を示す情報として、バッテリ５の温度を示す電圧を温度入力端子１０２から入力し、入力した電圧が満充電状態を示す電圧（所定の第２条件）以下となった場合に、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２に対して充電禁止信号を出力する。

さらに詳細には、充電禁止検出回路３０は、図２に示すように、２つのコンパレータ３１，３２と４つの抵抗３３，３４，３５，３６により構成されている。
コンパレータ３１のマイナス端子３１ａに温度入力端子１０２から温度センサの出力電圧が入力される。また、コンパレータ３１のプラス端子３１ｂには、基準電圧が入力される。この基準電圧は、電源電圧Ｖ_ccを抵抗３３と抵抗３４で分圧した値の電圧であり、バッテリ５の満充電時の温度に規定値を加えた温度、つまり、所定の第２条件の値の電圧となっている。

したがって、温度センサの出力電圧がこの基準電圧より高い場合、つまり、バッテリ５の温度が低い場合は、コンパレータ３１の出力はＬｏレベルとなる。
逆に、回路の故障等により、バッテリ５が満充電状態から更に充電されると、温度センサの出力電圧が基準電圧よりも低くなり、コンパレータ３１の出力はハイインピーダンスとなるため、コンパレータ３２のマイナス端子３２ａには、抵抗３６を介してＨｉレベルの信号が入力される。

コンパレータ３２のプラス端子３２ｂには、コンパレータ３１のプラス端子３１ｂに入力される基準電圧と同じ基準電圧が入力される。
また、マイナス端子３２ａには、コンパレータ３１の出力電圧が入力される。つまり、温度センサの出力電圧が基準電圧より高い場合（バッテリ５の温度が低い場合）には、Ｌｏレベルの信号が入力される。したがって、コンパレータ３２の出力は、ハイインピーダンスとなる。

逆に、温度センサの出力電圧が基準電圧より低い場合（バッテリ５の温度が高い場合）、マイナス端子３２ａにはＨｉレベルの信号が入力されるため、コンパレータ３２の出力は、Ｌｏレベルとなる。

自己診断回路４０は、制御部１０から入力される情報に基づき、所定の第２条件（基準電圧より低い電圧）を満たす診断情報を、バッテリ５の状態を示す情報に加えて充電禁止検出回路３０に入力する回路である。

具体的には、トランジスタ４１と３つの抵抗４２，４３，４４により構成されている。トランジスタ４１は、バイポーラ型のＮＰＮ型トランジスタであり、ベースが抵抗４２を介して制御部１０に接続されている。

また、コレクタが抵抗４３を介して、充電禁止検出回路３０のコンパレータ３１のマイナス端子３１ａに、バッテリ５の温度センサ出力と並列に入力され、エミッタは、ＧＮＤに接続されている。また、ベースとエミッタ間には抵抗４４が接続されている。

制御部１０から自己診断回路４０に、Ｈｉレベルの信号が入力されると、コレクタとエミッタ間は導通し、充電禁止検出回路３０のコンパレータ３１のマイナス端子３１ａの入力がトランジスタ４１がオフしているときに比べて低下する。

つまり、バッテリ５の温度センサの出力電圧が低下したことと同じ状況、換言すれば、バッテリ５の温度が満充電になったときよりも規定値を加えた温度になった状況になる。すなわち、所定の第２条件を満たす入力がなされたことになる。

逆に、制御部１０から自己診断回路４０に、Ｌｏレベルの信号が入力されると、コレクタとエミッタ間は遮断状態になり、マイナス端子３１ａには、プルアップ抵抗３７とバッテリ内の温度センサ（サーミスタ等）との分圧した信号が入力され、充電が許可された状態となる。

制御部１０は、また、以下の（ア）〜（キ）に示す内容の自己診断処理を行う。
（ア）バッテリ５が挿入されてから、充電が開始される前に自己診断処理を実行する。
（イ）バッテリ５への充電を許可した状態で、第２条件を満たす診断情報を、自己診断回路４０に出力することにより、充電禁止検出回路３０を介してバッテリ５への充電を停止させる。

（ウ）その後、電流検出部２０から充電電流を取得する。
（エ）電流検出部２０から取得した充電電流が規定値未満の場合に、自己診断回路４０に対する第２条件を満たす診断情報を停止して、バッテリ５への充電を開始する。

（オ）充電禁止検出回路３０が正常である旨の情報を外部に出力する。
（カ）電流検出部２０から取得した充電電流が規定値以上の場合には、バッテリ５への充電を禁止する。

（キ）充電禁止検出回路３０が異常である旨の情報を外部に出力する。
電圧検出部６０は、メインコンバータ８０の出力ラインに並列に接続され、バッテリ５を充電する際の充電電圧（メインコンバータ８０の出力電圧）を測定し制御部１０へ出力する電圧計である。

ＰＷＭ出力設定部７０は、制御部１０からの指令により、ＰＷＭ制御用ＩＣ７４におけるデューティー比などの設定を行う。
ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２は、制御部１０又は充電禁止検出回路３０からの充電又は充電禁止の信号を受け、ＰＷＭ制御用ＩＣ７４の駆動用電源をオン（充電時）又はオフ（充電禁止時）する。

ＰＷＭ制御用ＩＣ７４は、メインコンバータ８０のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略。パルス幅変調）の制御を行うＩＣであり、ＰＷＭ出力設定部７０の指令を受け、ＰＷＭのデューティー比などを変更する。

メインコンバータ８０は、電源端子８２から入力され、ノイズフィルタ８４を通して、整流平滑回路８６で直流に整流された電源電圧をバッテリ５の充電電圧の直流に変換するコンバータである。

ＬＥＤ９０は、充電装置１の正常／異常を表示する報知装置であり、充電装置１が正常の場合、緑色又は赤色の発光を行い、異常の場合、赤色と緑色の交互発光を行う。
（充電装置１の作動）
次に、図３に基づいて、制御部１０で実行される自己診断処理について説明する。図３は、自己診断処理の流れを示すフローチャートである。

自己診断処理は、プログラムとしてＲＯＭに格納され、充電装置１の電源オンと同時にＣＰＵがＲＯＭから読み出して実行を開始する。
処理が開始されると、図３に示すように、Ｓ１００において、ＣＰＵが、バッテリ５の挿入及び状態を取得する。

続く、Ｓ１０５では、ＣＰＵが、Ｓ１００において取得したバッテリ５の状態が充電許可となっているか否かを判定する。そして、充電許可となっていると判定された場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、処理をＳ１１０へ移行し、充電禁止となっていると判定された場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、処理がＳ１００へ戻され、バッテリ５が挿入されて充電許可となるまで待機状態となる。

Ｓ１１０では、ＣＰＵが、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２への出力を禁止、ＰＷＭ出力設定部７０への出力を許可とし、自己診断回路４０への出力を許可（Ｌｏレベル）とする。
続くＳ１１５では、ＣＰＵが、充電電流が規定値以上であるか否かを判定する。つまり、電流検出部２０から充電電流値を取得し、取得した充電電流値が規定値以上であるか否かを判定する。

そして、充電電流が規定値未満であると判定した場合（Ｓ１１５：Ｎｏ）、処理をＳ１２０へ移行し、充電電流が規定値以上であると判定した場合（Ｓ１１５：Ｙｅｓ）、処理をＳ１２５へ移行する。

ここで、「規定値」とは、充電が行われているか否かを判定するために必要な電流値であり、バッテリ５の種類やノイズレベルなどを考慮して決定すればよい。
Ｓ１２０では、ＣＰＵが、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２への出力を許可、ＰＷＭ出力設定部７０への出力を禁止とし、自己診断回路４０への出力を許可（Ｌｏレベル）とする。

Ｓ１２５では、ＣＰＵがエラー表示を行わせる。つまり、ＬＥＤ９０を赤色と緑色を交互に発光させてエラー表示を行わせた後、Ｓ１５０へ移行する。
Ｓ１３０では、ＣＰＵが、充電電流が規定値以上であるか否かを判定する。そして、充電電流が規定値未満であると判定した場合（Ｓ１３０：Ｎｏ）、処理をＳ１３５へ移行し、充電電流が規定値以上であると判定した場合（Ｓ１１５：Ｙｅｓ）、処理をＳ１４０へ移行する。

Ｓ１３５では、ＣＰＵが、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２への出力を許可、ＰＷＭ出力設定部７０への出力を許可とし、自己診断回路４０への出力を禁止（Ｈｉレベル）とする。
Ｓ１４０では、ＣＰＵがエラー表示を行わせる。つまり、ＬＥＤ９０を赤色と緑色を交互に発光させてエラー表示を行わせた後、Ｓ１５０へ移行する。

Ｓ１４５では、ＣＰＵが、充電電流が規定値以上であるか否かを判定する。そして、充電電流が規定値未満であると判定した場合（Ｓ１４５：Ｎｏ）、処理をＳ１５０へ移行し、充電電流が規定値以上であると判定した場合（Ｓ１４５：Ｙｅｓ）、処理をＳ１５５へ移行する。

Ｓ１５５では、ＣＰＵがエラー表示を行わせる。つまり、ＬＥＤ９０を赤色と緑色を交互に発光させてエラー表示を行わせた後、Ｓ１５０へ移行する。
Ｓ１５０では、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２への出力を禁止、ＰＷＭ出力設定部７０への出力を禁止とし、自己診断回路４０への出力を禁止（Ｈｉレベル）とした後、処理を終了する。

なお、Ｓ１５０の処理を実行して本処理が終了した後、充電装置１による充電が開始される。ただし、Ｓ１２５、Ｓ１４０、Ｓ１５５でエラー表示をした場合には、充電を開始せず、バッテリが抜かれるまでエラー表示をし続けることにより、使用者に充電装置１が異常であることを報知する。

（充電装置１の特徴）
このような、充電装置１によれば、バッテリ５への充電を許可した状態で、バッテリ５の温度に加えて、満充電時の温度に規定値を加えた温度以上の温度（所定の第２条件）を充電禁止検出回路３０に入力している。

このとき、電流検出部２０によりバッテリが充電されているか否かを検出し、充電されていることが検出されなかった場合、充電装置１は正常であり、充電されていることが検出されれば充電が行われていることになり、充電装置１が異常であることが分かる。

したがって、充電されていない場合に、バッテリ５の充電を開始し、充電されている場合には、バッテリ５の充電を禁止することにより、充電装置１、特に充電禁止検出回路３０が故障した状態でバッテリ５の充電が行われることがないので、バッテリ５充電時の充電装置１の信頼性を高くすることができる。

また、バッテリ５の状態を示す情報としてバッテリ５の温度を用い、所定の第１条件をバッテリ５が充電可能な温度の上限値とし、所定の第２条件をバッテリ５が充電可能な温度の上限値に規定値を加えた温度よりも高い温度としている。

したがって、バッテリ５を満充電状態となるまで充電することができるとともに、満充電状態を示す上限値（所定の第１条件）に規定値を加えた温度を超える温度（所定の第２条件）で自己診断がなされるので、充電装置１を確実に保護できる。

特に、温度は、ＮｉＭＨバッテリやＮｉＣｄバッテリの充電状態を示す情報として適しているので、ＮｉＭＨバッテリやＮｉＣｄバッテリを充電する際の充電装置１の保護に適している。

さらに、ＬＥＤ９０によって充電禁止検出回路３０が正常か異常であるかを表示しているので、使用者は、充電装置１の正常・異常が分かる。したがって、便利で使いやすい充電装置１となる。
［第２実施形態］
次に、第１実施形態の充電装置１において、充電禁止検出回路３０の入力を、温度入力端子１０２からの温度センサの出力電圧の代わりに、電圧検出部６０から入力されるバッテリ５の充電電圧とした第２実施形態について、図４及び図５に基づいて説明する。

図４は、第２実施形態における充電装置の概略の回路構成を示す回路図であり、図５は、第２実施形態において、バッテリ５の充電状態を示す情報としてバッテリ５の充電電圧を用いた場合の充電禁止検出回路３０及び自己診断回路４０の部分の回路図である。

第２実施形態における充電装置２の構成は、第１実施形態における充電装置１の構成と類似であるため、同じ構成品には同じ符号を付し、その説明を省略する。
充電装置２は、図４に示すように、電圧検出部６０で検出した充電電圧を充電禁止検出回路３０に入力する回路構成となっている。

電圧検出部６０は、バッテリ５を充電する際にバッテリ５の充電端子に印加される電圧（充電電圧）を測定するための電圧計であり、測定した充電電圧を充電禁止検出回路３０及び制御部１０へ出力する。

充電禁止検出回路３０には、バッテリ５の状態を示す情報として、電圧検出部６０で測定された充電電圧が入力される。
第２実施形態の場合、「所定の第２条件」とは、バッテリ５の充電電圧の上限値に規定値を加えた電圧よりも高い電圧であり、充電の対象となるバッテリ５の種類によって異なる値となる。

具体的には、図４に示すように、バッテリ５の充電電圧を入力し、入力した電圧が満充電状態を示す充電電圧に規定値を加えた電圧以上（所定の第２条件）となった場合に、ＰＷＭ制御用ＩＣに対して充電禁止信号を出力する。

さらに詳細には、充電禁止検出回路３０の構成は、第１実施形態の充電禁止検出回路３０と同じ構成であり、図５に示すように、コンパレータ３１のマイナス端子３１ａに入力される電圧が温度センサからの出力電圧から充電電圧に代わっている。

したがって、充電電圧が基準電圧より低い場合、コンパレータ３１の出力は、ハイインピーダンスとなり、充電電圧が基準電圧より高い場合、コンパレータ３１の出力は、Ｌｏレベルとなる。

自己診断回路４０のトランジスタ４１は、バイポーラ型のＰＮＰ型トランジスタであり、ベースが抵抗４２を介して制御部１０に接続されている。
また、エミッタが電源Ｖ_ccに接続され、コレクタが抵抗４３を介して充電禁止検出回路３０のコンパレータ３１のマイナス端子３１ａに、電圧検出部６０からの充電電圧と並列に入力されている。また、エミッタとベース間は、抵抗４４を介して接続されている。

制御部１０から自己診断回路４０にＬｏレベルの電圧が出力されると、エミッタとコレクタ間は導通し、充電禁止検出回路３０のコンパレータ３１のマイナス端子３１ａの入力がトランジスタ４１をオフしているときに比べて高くなる。

するとバッテリ５の充電電圧が満充電の電圧よりも規定値を加えた電圧よりも高い電圧になった状況になる。すなわち、所定の第２条件を満たす入力がなされたことになる。
このような充電装置２では、第１実施形態における充電装置１と同じ作動となる。

（充電装置２の特徴）
このような充電装置２では、バッテリ５の状態を示す情報として充電電圧を用い、所定の第１条件をバッテリ５が充電可能な充電電圧の上限値とし、所定の第２条件をバッテリ５が充電可能な充電電圧の上限値に規定値を加えた電圧よりも高い電圧としている。

ここで、バッテリ５が充電されるに従い充電電圧が上昇し、満充電状態になると上限値となる。したがって、バッテリ５を満充電状態になるまで充電することができるとともに、上限値（所定の第１条件）に規定値を加えた電圧を超える電圧（所定の第２条件）で自己診断がなされるので、充電装置２を確実に保護できる。

特に、充電電圧は、Ｌｉイオンバッテリ５の充電状態を示す情報として適しているので、Ｌｉイオンバッテリ５を充電する際の充電装置２の保護に適している。
［第３実施形態］
次に、第１実施形態の充電装置３において、充電禁止検出回路３０と自己診断回路４０とを一体化した第３実施形態について図６及び図７に基づいて説明する。

図６は、第３実施形態における充電装置の概略の回路構成を示す回路図であり、図７は、第３実施形態において、バッテリ５の充電状態を示す情報としてバッテリ５からのディジタルデータを用いた場合の充電禁止検出回路３０及び自己診断回路４０の部分の回路図である。

第３実施形態における充電装置３の構成は、第１実施形態における充電装置１の構成と類似であるため、同じ構成品には同じ符号を付し、その説明を省略する。
充電装置３は、図６に示すように、充電禁止検出回路３０と自己診断回路４０とが一体化され、バッテリ５の状態を示す情報をバッテリ５から充電禁止検出回路３０と制御部１０に入力する回路構成となっている。

ここで、バッテリ５の状態を示す情報とは、例えば、バッテリ５の充電状態を示すバッテリ５の温度や充電電圧のディジタル値以外に、バッテリ５の正常又は異常状態を示すディジタルデータなどである。

充電禁止検出回路３０は、図７に示すように、デコードＩＣ１３１、フリップフロップ１３２、抵抗１３３及びトランジスタ１３４から構成されている。
デコードＩＣ１３１には、バッテリ５から通信端子１００を介して、バッテリ５の状態を示す情報（ディジタルデータ）が入力される。

デコードＩＣ１３１は、バッテリ５から入力されるディジタルデータをデコードし、フリップフロップ１３２に、Ｓ（セット）及びＲ（リセット）信号として出力する。
例えば、バッテリ５が充電可能状態になった場合には、バッテリ５から充電情報を入力し、フリップフロップ１３２のＳ端子にＬｏレベル、Ｒ端子にＨｉレベルの信号を出力し、バッテリ５が満充電状態になった場合には、バッテリ５から充電停止情報を入力し、フリップフロップ１３２のＳ端子にＨｉレベル、Ｒ端子にＬｏレベルの信号を出力する。

フリップフロップ１３２は、いわゆるＲＳフリップフロップであり、入力端子として、Ｒ端子及びＳ端子を有し、出力端子としてＱ端子を有している。
そして、Ｓ端子にＨｉレベル、Ｒ端子にＬｏレベルの信号が入力されるとＱ端子からＨｉレベルの信号が出力される。また、Ｓ端子にＬｏレベル、Ｒ端子にＨｉレベルの信号が入力されると、Ｑ端子からＬｏレベルの信号が出力される。

トランジスタ１３４は、バイポーラ型のＮＰＮ型トランジスタであり、ベースが抵抗１３３を介して、フリップフロップ１３２のＱ端子に接続されており、コレクタがＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２へ接続され、エミッタがＧＮＤに接続されている。

制御部１０からデコードＩＣ１３１に充電停止のディジタルデータが入力されると、デコードＩＣ１３１からフリップフロップ１３２のＳ端子にＨｉレベル、Ｒ端子にＬｏレベルの信号が入力され、Ｑ端子からはＨｉレベルの信号が出力される。

すると、トランジスタ１３４のベースにＨｉレベルの信号が入力されることになり、トランジスタ１３４はＯＮ状態になる。つまり、コレクタとエミッタ間は導通状態となり、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２は、出力を停止する、つまりＰＷＭ制御用ＩＣ電源はオフして、バッテリ５の充電が禁止されることになる。

逆に、制御部１０からデコードＩＣ１３１に充電のディジタルデータが入力されると、デコードＩＣ１３１からフリップフロップ１３２のＳ端子にＬｏレベル、Ｒ端子にＨｉレベルの信号が入力され、Ｑ端子からはＬｏレベルの信号が出力される。

すると、トランジスタ１３４のベースにＬｏレベルの信号が入力されることになり、トランジスタ１３４はＯＦＦ状態になる。つまり、コレクタとエミッタ間は遮断状態となり、ＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２は、電源を出力する、つまりＰＷＭ制御用ＩＣに電源が供給され、バッテリ５の充電が行われることになる。

（充電装置３の作動）
充電装置３の作動は、第１実施形態における充電装置１と同じである。
（充電装置３の特徴）
このような充電装置３では、バッテリ５の状態を示す情報としてバッテリ５の充電を許可又は停止のいずれかを示すディジタルデータを用い、所定の第１条件及び所定の第２条件は、共に、バッテリ５の充電停止を示すディジタルデータとしている。

したがって、バッテリ５の充電状態を示す温度や充電電圧をディジタルデータとして利用する以外に、バッテリ５の正常又は異常を示す情報によって充電制御と自己診断ができる。

よって、バッテリ５の温度や充電電圧に加え、バッテリ５の故障時などの異常時に充電を開始することがないので、充電装置３を確実に保護することが可能となる。
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

（１）上記実施形態では、充電開始時に充電装置１〜３の自己診断を行っていたが、充電途中に自己診断を行うようにしてもよい。
例えば、自己診断処理とは別タスクにおいて、一定時間間隔でＳ１１０からＳ１５５の処理を実行するのである。

（２）上記実施形態では、ＬＥＤ９０の発光色の違いにより、充電装置１の正常／異常を報知したが、ＬＥＤ９０の代わりにブザーや音声などの音響によるエラー報知を行うようにしてもよいし、ＬＥＤ９０と音響によるエラー報知を併用してもよい。

（３）上記実施形態では、充電禁止検出回路３０にコンパレータ３１，３２或いはトランジスタ１３４及びフリップフロップ１３２を用いたが、制御部１０からの所定の第２条件を満たす信号やディジタルデータを受けてＰＷＭ制御用ＩＣ電源７２をオン／オフできるものであればよく、例えば、リレーや電子式スイッチなどでもよい。

（４）上記実施形態では、図２、５において、コンパレータ３２はコンパレータ３１の出力結果を反転する機能のため、ＦＥＴ等に置き換えてもよい。
（５）上記実施形態では、バッテリ５の挿入及び充電許可の判断を制御部１０で行なっているが、待機電力削減の目的で、図１の充電開始スイッチ５０を設けて充電開始のトリガとしてもよい。

（６）上記実施形態では、充電禁止検出回路３０からＰＷＭ制御用ＩＣ電源を停止することで、充電禁止としたが、それ以外にも、メインコンバータ８０とバッテリ５の間にスイッチを設けて、このスイッチをオフさせることにより充電禁止してもよい。

（７）上記実施形態では、バッテリからの温度等の情報に自己診断回路４０を並列に接続し、充電禁止検出回路３０の動作を確認した。この他にも、例えば一旦バッテリからの情報を充電禁止回路３０から切り離し、自己診断回路４０のみを充電禁止検出回路３０に接続し、充電禁止回路３０の動作を確認してもよい。

（８）上記実施形態では、自己診断回路４０を制御部１０とは別に設けているが、この自己診断回路４０を制御部１０に含んだ回路構成としてもよい。

１，２，３…充電装置、５…バッテリ、１０…制御部、２０…電流検出部、２２…電流検出素子、３０…充電禁止検出回路、３１…コンパレータ、３１ａ…マイナス端子、３１ｂ…プラス端子、３２…コンパレータ、３２ａ…マイナス端子、３２ｂ…プラス端子、３３，３４，３５，３６，３７…抵抗、４０…自己診断回路、４１…トランジスタ、４２，４３，４４…抵抗、５０…充電開始スイッチ、６０…電圧検出部、７０…ＰＷＭ出力設定部、７２…ＰＷＭ制御用ＩＣ電源、７４…ＰＷＭ制御用ＩＣ、８０…メインコンバータ、８２…電源端子、８４…ノイズフィルタ、８６…整流平滑回路、９０…ＬＥＤ、１００…通信端子、１０２…温度入力端子、１３１…デコードＩＣ、１３２…フリップフロップ、１３３…抵抗、１３４…トランジスタ。

Claims (7)

1. 電動工具用のバッテリを充電するための充電装置であって、
   前記バッテリの状態を示す情報を前記バッテリから取得し、該取得した情報が所定の第１条件を満たすか否かにより、前記バッテリへの充電の許可又は禁止を制御する制御手段と、
   前記バッテリへの充電がされているか否かを検出する充電検出手段と、
   前記バッテリの状態を示す情報を前記バッテリから取得し、該取得した情報が所定の第２条件を満たす場合に、前記制御手段による充電の許可又は禁止の制御とは無関係に前記バッテリへの充電を停止させる充電停止手段と、
   前記制御手段から入力される情報に基づき、前記第２条件を満たす診断情報を、前記バッテリの状態を示す情報に加えて又は代えて前記充電停止手段に入力する診断手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記バッテリへの充電を許可した状態で、前記第２条件を満たす診断情報を前記診断手段に出力することにより、前記充電停止手段を介して前記バッテリへの充電を停止させ、
   その後、前記充電検出手段から前記バッテリが充電されているか否かを取得し、充電されていない場合に、前記診断手段に対する前記第２条件を満たす診断情報の出力を停止して、前記バッテリへの充電を開始し、
   充電されている場合には、前記バッテリへの充電を禁止する自己診断処理を実行することを特徴とする充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置において、
   前記バッテリの状態を示す情報は、前記バッテリの温度であり、
   前記所定の第１条件は、前記バッテリが充電可能な温度の上限値であり、
   前記所定の第２条件は、前記バッテリが充電可能な温度の上限値に規定値を加えた温度よりも高い温度であることを特徴とする充電装置。
3. 請求項１に記載の充電装置において、
   前記バッテリの状態を示す情報は、前記バッテリの充電電圧であり、
   前記所定の第１条件は、前記バッテリが充電可能な充電電圧の上限値であり、
   前記所定の第２条件は、前記バッテリが充電可能な充電電圧の上限値に規定値を加えた電圧よりも高い電圧であることを特徴とする充電装置。
4. 請求項１に記載の充電装置において、
   前記バッテリの状態を示す情報は、前記バッテリの充電を許可又は停止のいずれかを示すディジタルデータであり、
   前記所定の第１条件及び前記所定の第２条件は、共に、前記バッテリの充電停止を示すディジタルデータであることを特徴とする充電装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の充電装置において、
   前記バッテリが挿入されたことを検出するバッテリ挿入検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記バッテリ挿入検出手段を介して前記バッテリが挿入されたことが検出されてから、充電が開始される前に前記自己診断処理を実行することを特徴とする充電装置。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の充電装置において、
   前記バッテリが挿入されたことを検出するバッテリ挿入検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記バッテリ挿入検出手段を介して前記バッテリが挿入されたことが検出され、充電が
   開始された後、所定の自己診断開始条件となったときに、前記自己診断処理を実行することを特徴とする充電装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の充電装置において、
   前記制御手段は、
   前記バッテリへの充電を許可した状態で、前記第２条件を満たす診断情報を前記診断手段に出力することにより、前記充電停止手段を介して前記バッテリへの充電を停止させ、
   その後、前記充電検出手段から前記バッテリが充電されているか否かを取得し、充電されていない場合に、前記診断手段に対する前記第２条件を満たす診断情報の出力を停止して、前記バッテリへの充電を開始するとともに、前記充電停止手段が正常である旨の情報を外部に出力し、
   充電されている場合には、前記バッテリへの充電を禁止する自己診断処理を実行するとともに、前記充電停止手段が異常である旨の情報を外部に出力することを特徴とする充電装置。

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