JP6040743B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、充電装置に関し、特にコードレス電動工具の電源として使用する電池パックの充電に好適な充電装置に関する。

近年，リチウムイオン電池を内蔵した各種の電池パックがコードレス電気機器の電源として用いられている。リチウムイオン電池は、電動工具のような高負荷機器の電源として使用するには好適であり、電動工具の種類に応じて様々なタイプの電池パックが存在する。軽作業に適した小型軽量で低出力の電池パックから、パワーを必要とする電動工具に用いる高出力高容量の電池パックまで、出力電圧の観点から分類しても数多くの電池パックが存在する。また、電池パックの内部構造の違いに基づいて分類することもでき、同じ出力電圧の電池パックであっても内部構造が異なる電池パックが存在する。

このような多種多様な電池パックをそれぞれの電池パックに特化した専用の充電装置で充電するのでは使用者の利便性が著しく損なわれるため、多種類の電池パックに対応する充電装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０００−３１２４４０号公報

前記した従来の充電装置は、電池セル数が異なる電池パックを充電することができ、電池セル数が同じで内部構造が異なる電池パックであっても充電することができる。しかしながら、電池パックの内部構造の違いまでも判別していないため、内部構造の違いに基づく仕様で充電が行われていた訳ではない。例えば、電池パック自体が電池冷却機能を備えており、充電装置が有する電池冷却用ファンを駆動する必要がない場合であっても、ファンを駆動しながら充電を行なっていた。また、電池パックによっては、電池パックに内蔵されているマイクロコンピュータが充電の可否を判断し、充電不可と判断した場合には、電池パック内部に設けられた遮断手段を制御して充電装置からの充電電流を遮断し、充電不可とする構成も存在する。このような構成の場合、例えば、単に一時的に電池温度が高温であることのみによって充電不可とした理由であっても、電池の温度情報が充電装置側に伝達されず、最適な充電を行うことはできない。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、電池パックの構造上の差異も含めて電池パックの種別判断を行い、種別判断の結果に基づき、個々の電池パックに対して最適で効率的な充電を行うことができる充電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の充電装置は、二次電池の内部情報に基づいて内蔵された遮断手段をオフすることにより充電電流を遮断する第１種電池パックと、充電装置に二次電池の内部情報を提供する第２種電池パックのいずれをも接続可能な接続部と、接続部を介して充電対象の電池パックに内蔵された二次電池に充電電流を供給する充電手段と、接続部に第２種電池パックが接続された場合には第２種電池パックから提供された二次電池の内部情報に基づき充電条件を設定し、第１種電池パックが接続された場合には二次電池の内部情報を用いずに充電条件を設定する制御手段と、を有することを特徴としている。また、請求項２１に記載の充電装置は、電池パック自身で充電の可否を判断し充電を制御する第１種電池パックと、充電装置に充電の可否を判断する情報を提供し充電制御される構成の第２種電池パックのいずれをも接続可能な接続部と、接続部を介して充電対象の電池パックに内蔵された二次電池に充電電流を供給する充電手段と、接続部に接続された電池パックの種別に応じて、充電条件の制御を実行する制御手段、とを有し、接続部は、充電を行うためのプラス端子及びマイナス端子のみにより前記第１種電池パックと接続されることを特徴としている。ここで、充電条件とは、充電開始時、充電中又は充電終了時における充電制御及び充電装置が行う充電に付随する制御の少なくともいずれか一方を言う。

このような構成によれば、電池パック自身で充電の可否を判断し充電を制御する自律型である第１種電池パックと、充電装置に充電の可否を判断する情報を提供し充電制御される構成の充電器依存型である第２種電池パックのそれぞれに対応した充適切な充電制御を実行することができると共に、充電に付随する制御、例えば、電池冷却用のファンを駆動するか否かといった制御も適切に実行することができる。

請求項２に記載の充電装置は、請求項１に記載の充電装置において、第１種電池パックと第２種電池パックとを判別する電池種判別手段を更に有することを特徴としている。

このような構成によれば、第１種電池パックと第２種電池パックの判別結果に基づいて、制御手段は充適切な充電制御を実行することができると共に充電に付随する制御を実行することができる。

請求項３に記載の充電装置は、請求項１若しくは請求項２に記載の充電装置において、接続部は充電を行うためのプラス端子とマイナス端子のみにより第１種電池パックと接続されることを特徴とている。

このような構成によれば、充電装置側で接続部に接続された第１種電池パックの内部情報を得ることができないが、第１種電池パックと第２種電池パックの種別に応じた最適な充電ができる。

請求項４に記載の充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、電池種判別手段が接続部に接続された充電対象の電池パックを第１種電池パックであると判別した場合には、制御手段は当該電池パックの内部状態を推定し、推定結果に応じて充電条件を実行することを特徴としている。

このような構成によれば、充電装置側で接続部に接続された第１種電池パックの内部情報を得ることができないが、当該電池パックの内部状態を推定し、推定結果に応じて充電条件を実行するので、効率的で無駄のない充電を行うことができる。

請求項５に記載の充電装置は、請求項４に記載の充電装置において、制御手段が二次電池は充電を行うには不適な状態にあると推定した場合には、充電可能な状態を維持しつつ所定時間待機する充電条件を実行することを特徴としている。

このような構成によれば、無制限に充電可能な状態を維持する訳ではないので、効率的で無駄のない充電を実行することができる。

請求項６に記載の充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段を更に有し、電池種判別手段が接続部に接続された充電対象の電池パックを第１種電池パックであると判別した場合には、制御手段は充電対象の電池パックが電池温度管理機能を有していると推定し、冷却手段を駆動せずに充電手段により充電電流を供給する充電条件を実行することを特徴としている。

このような構成によれば、冷却手段の駆動の要否を適切に判断することができる。

請求項７に記載の充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段を更に有し、電池種判別手段が接続部に接続された充電対象の電池パックを第２種電池パックであると判別した場合には、制御手段は充電対象の電池パックが電池温度管理機能を有していないと推定し、冷却手段を駆動しつつ充電手段により充電電流を供給する充電条件を実行することを特徴としている。

このような構成によれば、冷却手段の駆動の要否を適切に判断することができる。

請求項８に記載の充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、電池種判別手段は、アダプタを介して接続部のプラス端子とマイナス端子と接続される電池パックと、アダプタを用いずに接続部と直接接続される電池パックとを判別することを特徴としている。

このような構成によれば、接続部に接続される電池パックがアダプタを介して接続されるものか否かの判別ができる。

請求項９に記載の充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、電池種判別手段は、直列に複数の電池セルが接続された電池ユニットを複数並列に接続した構成の二次電池において、３並列以上の電池ユニットからなる第1種電池パックと、単体電池ユニットまたは２並列の電池ユニットからなる第２種電池パックとを判別することを特徴としている。

このような構成によれば、電池パックの接続部への接続方式により区別される２種類の電池パックを判別することができる。

請求項１０に記載の充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、電池種判別手段は、電動工具本体と電力供給ケーブルを介して接続される電池パックからなる第1種電池パックと、電動工具本体とスライド方式若しくは挿入方式で直接装着される電池パックからなる第２種電池パックとを判別することを特徴としている。

このような構成によれば、電池パックの電動工具本体への装着方式により区別される２種類の電池パックを判別することができる。

請求項１１に記載の充電装置は、請求項２に記載の充電装置において、充電電流を検出する充電電流検出手段を更に有し、電池種判別手段が接続部に接続された電池パックが第１種電池パックであると判別した場合には、制御手段は充電電流検出手段による検出結果に基づいて接続部に接続された第１種電池パックの内部状態を推定し、内部状態に関する推定結果に応じて、充電条件を実行することを特徴としている。

このような構成によれば、第１電池パックの内部状態を充電電流に基づき推定しており、経験則に基づいた合理的な充電制御を行うことができる。

請求項１２に記載の充電装置は、請求項１１に記載の充電装置において、接続部は充電を行うためのプラス端子とマイナス端子のみから構成されており、二次電池の情報を取得できない充電装置であって、制御手段は充電電流検出手段が充電電流を検出していなければ、二次電池は充電を行うには不適な状態にあると推定し、充電可能な状態を維持しつつ所定時間待機するよう充電条件を実行することを特徴としている。

請求項１３に記載の充電装置は、請求項１２に記載の充電装置において、所定時間を経過した時点で、制御手段は、充電電流検出手段が充電電流を検出した場合は、二次電池は充電を行うのに支障のない状態にあると推定し、充電待機を解除し充電を行う充電条件を実行することを特徴としている。

請求項１４に記載の充電装置は、請求項１３に記載の充電装置において、制御手段が充電待機を解除し充電を行った後、充電電流検出手段が検出する充電電流が所定値以下となった場合には、二次電池は満充電状態にあると推定し、当該推定結果に基づき充電手段が充電電流の供給を停止する充電条件を実行することを特徴としている。

請求項１５に記載の充電装置は、請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の充電装置において、接続部に接続された電池パックが充電待機状態、充電状態、若しくは満充電状態の何れの状態にあるかを表示する表示手段を更に有することを特徴としている。

請求項１６に記載の充電装置は、請求項１に記載の充電装置において、接続部に接続された充電対象の電池パックの種別を判別するための電池種判別手段と、充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段とを更に有し、電池種判別手段による判別結果に基づき、充電対象の電池パックが電池温度を制御する機能を有していると判別した場合には、制御手段は冷却手段を駆動せずに充電手段により充電電流を供給する充電条件を実行することを特徴としている。

請求項１７に記載の充電装置は、請求項１に記載の充電装置において、接続部に接続された充電対象の電池パックの種別を判別するための電池種判別手段と、充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段とを更に有し、電池種判別手段による判別結果に基づき、充電対象の電池パックが電池温度を制御する機能を有していないと判別した場合には、少なくとも前記充電手段が充電電流を供給している間、冷却手段を駆動することを特徴としている。

請求項１８に記載の充電装置は、請求項１６若しくは請求項１７に記載の充電装置において、電池種判別手段は、アダプタを介して接続部のプラス端子とマイナス端子とにそれぞれ接続される電池パックと、アダプタを用いずに接続部と直接接続される電池パックとを判別し、制御手段は、アダプタを介して接続部に接続される電池パックは、電池温度を制御する機能が備わっていると推定し、アダプタを用いずに直接接続される電池パックには電池温度を制御する機能が備わっていないと推定することを特徴としている。

請求項１９に記載の充電装置は、請求項１６若しくは請求項１７のいずれか一項に記載の充電装置において、電池種判別手段は、直列に複数の電池セルが接続された電池ユニットを複数並列接続した構成の二次電池において、単体または２並列に接続された電池ユニットからなる電池パックと、３並列以上電池ユニットが並列に接続されたものを別種の電池パックと判別し、制御手段は、単体または２並列の電池ユニットからなる電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていないと推定し、３並列以上の電池ユニットからなる電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていると推定することを特徴としている。

請求項２０に記載の充電装置は、請求項１６若しくは請求項１７に記載の充電装置において、電池種判別手段は、電動工具本体にスライド方式若しくは挿入方式で直接装着される電池パックと、電動工具本体と電力供給ケーブルを介して接続される電池パックを別種の電池パックとを判別し、制御手段は、電動工具本体に直接装着される電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていないと推定し、電動工具本体と電力ケーブルを介して接続される電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていると推定することを特徴としている。

本発明によれば、充電対象の電池パックが、電池パック自身で充電の可否を判断し実行する自律型の第１種電池パックか、あるいは電池パックから充電の可否を判断する情報を充電装置側に提供し、充電装置が充電の可否を判断、及び、充電制御を行う充電器依存型の第２種電池パックのいずれかを判別するようにしたので、判別結果に応じて、最適で無駄のない効率的な充電を行うことができる。

本発明の実施の形態にかかる充電装置に充電器依存型電池パックを装着した状態を示した回路図。 本発明の実施の形態にかかる充電装置に自律型電池パックを装着した状態を示した回路図。 本発明の実施の形態にかかる充電装置に図２に示した自律型電池パックとば別の構成の自律型電池パックを装着した状態を示した回路図。 本発明の第１の実施の形態にかかる充電装置により充電器依存型電池パック若しくは自律型電池パックを充電する場合の動作を説明したフローチャート。 充電器依存型電池パックと自律型電池パックを判別するための説明図。

以下、本発明の実施の形態にかかる充電装置１００と、充電装置１００に装着された電池パックについて図１〜図５を参照しながら説明する。図１は充電装置１００に依存する電池パック２０を装着した状態を、図２と図３は充電装置１００に自律型電池パック４０Ａ，４０Ｂをそれぞれ装着した状態を示したものである。

本実施の形態による充電装置１００は、多種多様な電池パックを依存型電池パックと自律型電池パックに分類する機能を有している。充電器依存型電池パック（以下、「依存型電池パック」という。）とは、電池パックから充電の可否を判断するための情報、たとえば、電池温度情報を充電装置側に提供する構成の電池パックを指称し、自律型電池パックとは、電池パック自身で充電の可否を判断し、当該判断結果に基づいて充電を実行するか否かを決定する機能を有する電池パックを指称する。依存型電池パックでは、内蔵されている電池に関わる情報を充電装置側で読み出し可能であるから、充電装置が充電の可否を含む充電条件を設定することになる。自律型電池パックについては、充電装置側で充電対象の電池に関わる情報を読み出すことができず、従って、充電装置側で最適な充電条件を設定することができない。

ここで、充電条件とは、充電開始時、充電中又は充電終了時における充電制御及び充電装置が行う充電に付随する制御の少なくともいずれか一方を言う。例えば、電池冷却用ファンを駆動するという制御、あるいは駆動しないという制御は充電条件の一つである。また、充電開始可能か否かを判断し、充電を開始するという制御も、また直ちに充電を行わす待機状態にするという制御も充電条件の一つである。同様に、充電を終了するためのタイミングを決定する制御も充電条件である。

依存型電池パックと自律型電池パックの区別は、内蔵されている電池セルの数、直列に接続された電池セルの数には依存しない。例えば、１０セルを直列に接続し３６ボルトを出力する電池パックであっても、依存型電池パックと分類される場合もあれば、自律型電池パックと分類される場合もある。また、複数の電池セルを直列に接続してなる電池ユニットを複数用意し、各電池ユニットの対応する電池セル同士を接続することで複数の電池ユニットを並列接続する構成のものでも、充電器との関係において、依存型電池パックと分類される場合もあれば、自律型電池パックと分類される場合もある。ただし、一般的には、依存型電池パックでは、電池ユニットを並列接続しないものが多く、並列接続するとしてもせいぜい２並列接続までである。更に、依存型電池パックは、小型であることが多く、それ自身に接続端子が形成されており、電動工具本体にスライド方式若しくは挿入方式で装着し、電動工具本体と一体化して使用するのが一般的である。自律型電池パックの典型例は、いわゆるバッグパックと呼ばれる高容量電池を内蔵した背負い式、及び、腰部に装着するホルダー式等の比較的大型の電源である。バッグパックに内蔵されている電池は、複数の電池セルを直列に接続してなる電池ユニットの対応する電池セル同士を接続することで複数の電池ユニットを並列接続した構成のものであり、通常、並列接続する電池ユニットの数は３以上である。また、自律型殊電池パックは、専用のアダプタを介して充電装置１に接続するものもあれば、アダプタなしで直接充電装置に装着できるものもある。

図１は、依存型電池パック２０を充電装置１００に装着した状態を示した図である。ここに示されている電池パックは依存型電池パックの一例であり、依存型電池パックの構成が図１に示されたものに限定されるわけではない。図２は自律型電池パックを充電装置１００に装着した状態を示した図であり、ここに示されている電池パックは専用のアダプタを介して充電装置に装着するタイプのものである。図３も自律型電池パックを充電装置１００に装着した状態を示した図であり、ここに示されている電池パックはアダプタなしで充電装置に装着可能なタイプのものである。

図１に示した依存型電池パック２０は、電池２０ａと、保護ＩＣ２０ｂと、電池種判別素子１６と、サーミスタ１７とを内蔵している。また、依存型電池パック２０は、充電装置１００に設けられているプラス端子２０ｃとマイナス端子２０ｄにそれぞれ接続するためのプラス端子とマイナス端子を有し、それぞれのプラス端子同士とマイナス端子同士が接続された状態で、充電経路が構成される。プラス端子とマイナス端子の他に、依存型電池パック２０には電池種識別素子１６を充電装置１００に設けられた電池種情報入力端子２０ｅに接続するための出力端子と、サーミスタ１７を充電装置１００に設けられた温度情報入力端子２０ｆに接続するための出力端子と、保護ＩＣ２０ｂから出力される異常信号を充電装置１００に設けられた異常信号入力端子２０ｇに伝達するための異常信号出力端子が設けられている。即ち、充電装置１００には、充電経路を構成するプラス端子２０ｃとマイナス端子２０ｄ、電池情報入力端子２０ｅ、温度情報入力端子２０ｆ、及び異常信号入力端子２０ｇが設けられている。図２乃至図３に示した充電装置１００は図１に示した充電装置１００と同じである。

図１に示した電池２０ａは、リチウムイオン電池であり、複数のセルを直列に接続した構成となっている。保護ＩＣ２０ｂは、個々の電池セルの電圧を監視し、その中の一つでも過充電や過放電になることを防止するためのものである。充電に伴い電池セルの電圧は上昇するが、更に充電を継続すると満充電となる閾値電圧を超えた後に保護ＩＣ２０ｂから信号出力端子２０ｇを介して充電装置１００に信号が伝達される。なお、電池パック２０を電動工具と接続し電動工具を駆動した場合には、電池２０ａの放電に伴い電池セルの電圧は降下するが、更に放電を継続すると放電終了と規定した下限電圧の閾値以下の時に保護ＩＣ２０ｂから信号出力端子２０ｇを介して電動工具本体に信号が出力され、電動工具の駆動を停止するようになっている。

電池種判別素子１６は抵抗からなり、電池パックの種別に応じた抵抗値を有している。当該抵抗値から直列接続された電池セルの数等を知ることができる。電池種判別素子１６については、図５を参照しながら後述する。感温素子であるサーミスタ１７は電池２０ａに接触若しくは近接配置されており、電池２０ａの温度を検出し、当該温度情報を、温度情報入力端子２０ｆを介して充電装置１００に伝達する。上述の通り、依存型電池パック２０は、電池種情報、電池の温度情報、電池２０ａの異常状態を示す異常信号といった電池パックの内部情報を充電装置１００に提供する構成となっており、充電装置１００は提供された情報に基づき充電の可否を含む充電条件を設定する。

図２に示した自律型電池パック４０Ａは、専用のアダプタ３０を介して充電装置１００に接続するタイプのものである。アダプタ３０は、自律型電池パック４０Ａのプラス端子４０ｉとマイナス端子４０ｊを充電装置１００に設けられたプラス端子２０ｃとマイナス端子２０ｄとにそれぞれ接続するためのものであり、アダプタ３０には自律型電池パック４０Ａのプラス端子４０ｉとマイナス端子４０ｊに接続するための入力側プラス端子３０ａと入力側マイナス端子３０ｂ、更に充電装置１００のプラス端子２０ｃとマイナス端子２０ｄにそれぞれ接続するための出力側プラス端子と出力側マイナス端子とを備えている。また、自律型電池パック４０Ａを特定するための電池種判別素子１６がアダプタ３０に内蔵されており、電池種判別素子１６が表すは電池種情報を出力するための端子が設けられている。当該端子は充電装置１００の電池情報入力端子２０ｅに接続され、電池種情報が充電装置１００に伝達されるようになっている。図２に示した自律型電池パック４０Ａ若しくはアダプタ３０からは、電池４０ａの温度情報と保護ＩＣ４０ｂから出力される信号は充電装置１００には伝達されない。従って、自律型電池パック４０Ａが充電装置１００に装着されても、充電装置１００に設けられている温度情報入力端子２０ｆと異常信号入力端子２０ｇは開放状態にある。

自律型電池パック４０Ａには、電池４０ａと、保護ＩＣ４０ｂが内蔵されている点は依存型電池パック２０と同じであるが、電池４０ａのプラス端子がＦＥＴ４０ｃを介して自律型電池パック４０Ａのプラス端子４０ｉに、電池４０ａのマイナス端子が自律型電池パック４０Ａのマイナス端子４０ｊにそれぞれ電気的に接続されている点が図１に示した依存型電池パック２０と異なっている。更に、自律型電池パック４０Ａには、充電遮断手段としてのＦＥＴ４０ｃと、マイクロコンピュータ４０ｅ（以下、「マイコン４０ｅ」という。）と、過充電検出部４０ｄと、レギュレータ（ＲＥＧ）４０ｆと、電池温度検出部４０ｇと、電池電圧検出部４０ｈとが内蔵されている点で図１に示した依存型電池パック２０とは構造的に異なっている。

レギュレータ４０ｆは、電池４０ａを電源としてマイコン４０ｅに電源を供給する。過充電検出部４０ｄは、満電圧と規定した閾値電圧に達した時に保護ＩＣ４０ｂから出力される異常信号を検出し、マイコン４０ｅに伝達する。電池温度検出部２０ｇはサーミスタを用いて電池４０ａの温度を検出し、検出した温度情報をマイコン４０ｅに伝達する。電池電圧検出部４０ｈは電池４０ａの電圧を検出し、検出した電池電圧情報をマイコン４０ｅに伝達する。ＦＥＴ４０ｃはマイコン４０ｅの出力ポートに接続されており、マイコン４０ｅによりオン／オフ制御される。ＦＥＴ４０ｃがオフの場合には、充電装置１００からの充電電流は遮断され電池４０ａは充電されない。逆に、ＦＥＴ４０ｃがオンの場合には、電池４０ａは充電されることになる。マイコン４０ｅには、過充電検出部４０ｄからの過充電情報、電池温度検出部４０ｇからの温度情報、電池電圧検出部４０ｈからの電池電圧情報が入力され、マイコン４０ｅはこれらの情報に基づき、ＦＥＴ４０ｃのオン、オフを制御する。このように、自律型電池パックとは、電池パック自身で充電の可否を判断し、充電可能との判断をした場合には充電を許可し、逆に充電をするには不適な状況にあると判断した場合には、充電を不許可とし充電を実行しないように構成された電池パックである。

具体的には、図２に例示した構成の電池パックは、電池電圧検出部４０ｈから電池電圧が所定電圧以上であるとの検出結果が得られた場合には、マイコン４０ｅは満充電状態であると判別された場合や、逆に、電池セルが過放電状態であるため保護ＩＣ４０ｂより異常信号が出力された場合、及び、電池温度検出部４０ｇにより、電池温度が所定温度以上であると判断された場合も、ＦＥＴ４０ｃをオフし回路を遮断する。なお、電池温度検出部４０ｇは、継続的に電池温度を検出し、マイコン４０ｅは所定温度以下となった場合、ＦＥＴ４０ｃの遮断を解除する。

図３は、図２に示した電池パックとはことなるタイプの自律型電池パック４０Ｂを示したものである。図２に示した自律型電池パック４０Ａは専用のアダプタ３０を介して充電装置１００に装着するのに対して、図３に示した自律型電池パック４０Ｂは専用のアダプタを必要とせず直接充電装置１００に装着が可能な構成になっている。図２に示した自律型電池パック４０Ａは、電池種識別素子１６をアダプタ３０に内蔵しているが、図３に示したタイプの自律型電池パック４０Ｂでは、電池４０ａと、保護ＩＣ４０ｂと、ＦＥＴ４０ｃと、マイコン４０ｅと、過充電検出部４０ｄと、レギュレータ４０ｆと、電池温度検出部４０ｇと、電池電圧検出部４０ｈと共に電池種識別素子１６を内蔵した構成となっている。図３に示した自律型電池パック４０Ｂは、電池種識別素子１６を電池パックに内蔵し、アダプタを用いずに充電装置１００に直接装着可能な構成となっている点のみが図２に示した自律型電池パック４０Ａと異なっているが、その他の点は図２に示した自律型電池パック４０Ａと同じである。

次に、本実施の形態にかかる充電装置１００について説明する。図１乃至図３に示されている充電装置１００は同一構成のものである。

充電装置１００は、マイクロコンピュータ８（以下、「マイコン８」という。）を内蔵したコンピュータ制御型充電装置であって、特定の電池パックのみを充電可能な専用型のものとは異なる。充電装置１００は、電源と、マイコン８と、マイコン８のＡ／Ｄ入力ポートに接続された各種検出回路と、マイコン８の出力ポートに接続された被制御部等から構成されている。

電源はメイン電源３と補助電源４とからなる。メイン電源３は充電電力を供給するための電源であり、交流電源１から供給される交流電力を整流回路２で整流して得られる直流電力がメイン電源３に給電される。メイン電源３は、主に、スイッチングＩＣ３ａと、スイッチングＦＥＴ３ｂ等から構成され、高周波トランスＴＲ１の２次側からのフィードバック情報に基づき、スイッチングＩＣ３ａ、スイッチンＦＥＴ３ｂはＰＷＭ制御を行い、高周波トランスＴＲ１の２次側の充電ラインに所定の電流・電圧を供給する。高周波トランスＴＲ１の２次側には、メイン電源３の出力を整流するための整流回路８が接続されている。

補助電源４は、マイコン８の制御系やスイッチングＩＣ３ａのための１次側の電源回路であり、メイン電源３と同様に、スイッチングＩＣと、スイッチングＦＥＴ等から構成され、ＰＷＭ制御により所定の電力を供給する。補助電源４は高周波トランスＴＲ２の一次巻線に接続されており、２次巻線には電源５が、３次巻線には電源６が接続されている。電源５は、スイッチングＩＣ３ａに電源を供給するためのもので、整流回路や定電圧回路等で構成されている。電源６は、マイコン８等に電圧を供給するためのもので、整流回路等で構成されている。レギュレータ７は、電源６からの出力電圧を所定の一定の電圧にするための定電圧出力回路であり、本実施形態においては、５Ｖを出力し、マイコン８等へ電力を供給する。

マイコン８は、電池種判別素子１６からの電池種情報、サーミスタ１７からの温度情報、電流検出部１３からの電流情報を取り込み、充電制御を行う。また、冷却ファン１４や表示部１８の動作の制御をも行う。

フィードバック回路１０は、高周波トランスＴＲ１の２次側の電圧・電流の情報を１次側にフィードバックするための回路である。電圧制御回路１１と、電流制御回路１２はそれぞれ電圧情報と電流情報を検出し、その情報をフィードバック回路１０に伝達する。電流検出回路１３は充電電流を検出する。冷却ファン１４は、電池２０ａの冷却を行うためのものであり、電動工具に直接装着可能な小型電池パック３０に内蔵されている電池２０ａを冷却するのに最適な位置に配設されている。一方、図２に示されているようなアダプタ３０を介して電池パック４０Ａが接続された場合には、アダプタ３０を冷却するような位置関係となっている。アダプタ３０が発熱部品を有さない場合、若しくは、自然冷却で十分な場合は、アダプタ３０を強制的に冷却する必要はなく、この場合、冷却ファンの騒音の低減や消費電力を低減するために、冷却ファン１４を停止することや、回転数を小さくすることが好ましい。

表示部１８は、ユーザに充電状態を報知するための表示手段であり、例えば、充電前、充電中、充電終了、所定値以上の高温状態であるため充電待機中であるといった充電状態を報知する。

図４は、本実施の形態による充電装置１００の動作を説明したフローチャートである。まず、電池パックが装着される前においては、充電装置１００は、充電前であることを示すため表示部１８において、充電前であることを表示しユーザに状態を報知する（ステップ３０１）。例えば、表示部１８をＬＥＤで構成した場合には、ＬＥＤを赤色に発色するものとする。次に、電池パックが装着されたか否かを判別する（ステップ３０２）。電池パック装着の判別は、例えば、充電装置１００が、依存型電池パック２０、４０Ｂ内、又はアダプタ３０内に設けられた電池種判別素子１６の値を検知したか否か等で判断を行う。ステップ３０２において電池が装着されたと判別された場合は、充電が開始されることをユーザに報知するために、表示部１８において充電中であることを表示するように制御を行う。例えば、表示部１８はＬＥＤを橙色に発色させる（ステップ３０３）。

次に、依存型電池パック２０、４０Ｂ内、又はアダプタ３０内に設けられた電池種判別素子１６の値の検知結果から、装着された電池パックが自律型電池パックか依存型電池パックかを判別する（ステップ３０４）。ここで、図５を参照しながら、依存型電池パック２０と自律型電池パック４０Ａ，４０Ｂの判別方法について説明する。図５は、電池種識別素子１６の具体的構成の一例を示したものである。図５に示したように、電池種識別素子１６は、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ及びＦＥＴ等のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２により構成されており、抵抗ＲｂとＲｃは電池２ａ若しくは電池４０ａのマイナス側端子（アース電位）とマイコン８のＡ／Ｄ入力ポート間に直列に接続されている。抵抗Ｒａは、一端が基準電圧源Ｖｃｃ（５Ｖ）に、他端が抵抗Ｒｃとスイッチング素子ＳＷ１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１は抵抗Ｒｃの両端間に接続されており、スイッチング素子ＳＷ１がオンのときには抵抗Ｒｃのバイパスとなる。もう一方のスイッチング素子ＳＷ２は基準電圧源Ｖｃｃとスイッチング素子ＳＷ１の間に接続されており、マイコン８の出力ポートからの出力信号に応答してオン、オフし、スイッチング素子ＳＷ２のオン、オフに応じてスイッチング素子ＳＷ１のオン、オフが制御される構成となっている。

依存型電池パック２０に内蔵されている電池種識別素子１６、自律型電池パック４０Ａと共に用いられるアダプタ３０に内蔵されている電池種識別素子１６、及び図３に示されている自律型電池パック４０Ｂに内蔵されている電池種識別祖素子１６はいずれも上述したような構成となっており、セル数に応じて抵抗Ｒａ，Ｒｂ及びＲｃの値が異なる。セル数が同じ依存型電池パック２０と自律型電池パック４０Ａ，４０Ｂでは、抵抗ＲａとＲｂの抵抗値は同じであるが、抵抗Ｒｃの抵抗値は異なる。

従来の電池種識別素子は、図５に示した構成からスイッチング素子ＳＷ２を除いた構成となっており、マイコン８の出力ポートからの信号が直接スイッチング素子ＳＷ１に印加されスイッチング素子ＳＷ１を制御している。従来の構成では、以下に説明するように、依存型電池パック２０と自律型電池パック４０とを識別することはできなかった。

抵抗Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃの抵抗値をそれぞれａ，ｂ，ｃとすると、従来はマイコン８の出力ポートから、例えば、ハイレベルの信号が出力されてスイッチング素子ＳＷ１がオンすると、基準電圧源Ｖｃｃの基準電圧５Ｖにｂ／（ａ＋ｂ）を乗じた電圧がマイコン５のＡ／Ｄ入力ポートに印加される。この電圧値は、例えば、１０セルを直列接続してなる電池を内蔵した依存型電池パックと自律型電池パックとでは同じくなり、１０セルの電池であるとの判別はできるものの依存型電池パックと自律型電池パックの識別はできない。

図５に示した構成では、スイッチング素子ＳＷ２をオンとし、基準電圧源Ｖｃｃの基準電圧５Ｖがスイッチング素子ＳＷ１に印加され、スイッチング素子ＳＷ１がオンとなった場合は、従来と同様に基準電圧源Ｖｃｃの基準電圧５Ｖにｂ/（ａ＋ｂ）を乗じた電圧がマイコン５のＡ／Ｄ入力ポートに印加され、充電装置１００に装着された電池パックのセル数を判別することができる。一方、マイコン８からの信号によりスイッチング素子ＳＷ２がオフとなると、スイッチング素子ＳＷ１はオフとなり、マイコン８のＡ／Ｄ入力ポートの印加される電圧は、基準電圧源Ｖｃｃの基準電圧５Ｖに（ｂ＋ｃ）／（ａ＋ｂ＋ｃ）を乗じた値となる。同じ１０セル構成の電池パックであっても、依存型電池パックと自律型電池パックとでは抵抗Ｒｃの抵抗値を異ならせているので、スイッチング素子ＳＷ２をオフとしたときにマイコン８のＡ／Ｄ入力ポートの印加される電圧は依存型電池パックと自律型電池パックとでは異なることになり、両者を識別することができる。

図に４示したフローチャートに戻る。依存型電池パックであると判別された場合は（ステップ３０５：ＹＥＳ）、電池２０ａの発熱を抑制して充電を行うべく冷却ファン１４を駆動させる（ステップ３０６）。次に、電池パック依存型電池パック２０内に設けられたサーミスタ１７より電池２０ａの温度情報を検知し、電池温度が所定値以上か否かを判別する（ステップ３０７）。所定値以上である場合は（ステップ３０７：ＹＥＳ）、充電を行うには適した温度ではないので、待機状態とし、その旨をユーザに報知するために表示部１８において高温待機中であることを表示する。例えば、ＬＥＤを一定周期で赤色に点滅させる（ステップ３０９）。次に、高温である電池が冷却されて、電池温度が所定値未満に達したか否かを判別する（ステップ３１０）。ステップ３１０において、電池温度が所定値未満であると判別された場合には、例えば、ＬＥＤを橙色に発色することで充電が開始されることをユーザに報知し（ステップ３１１）、充電を開始する（ステップ３１２）。

一方、ステップ３０７において電池温度が所定値以上でないと判別された場合は、電池は充電しても問題がない温度であるので、先述したステップ３１１と同様に表示部１８において充電中であることを表示し（ステップ３０８）、充電を開始する（ステップ３１２）。

ステップ３１２において、充電を開始した後は、ステップ３０４での判別結果に基づき、依存型電池であるか否かを判別する（ステップ３１３）。依存型電池でないと判別した場合、即ち、自律型電池パックが装着されている場合は（ステップ３１３：ＮＯ）、電流検出回路１３によって検出される充電電流が所定値ａ以下か否かを判別する（ステップ３１４）。先述したように、電池パック４０Ａ、４０Ｂは、電池温度が高温である場合は、電池パック内部に設けられた充電電流遮断用のＦＥＴ４０ｃをオフし充電電流を遮断する。よって、充電電流は流れていないので、ステップ３１４において、充電電流は所定値ａ以下であると判定される。電池パック４０Ａ若しくは４０Ｂを充電装置１００に接続した状態で、充電電流が流れていないことを充電装置１００側で認識しても、その事実から電池パック１０Ａ、４０Ｂに内蔵されている電池４０ａの状態はわからない。可能性として、電池４０ａを構成するセルが故障している場合、電池４０ａが満充電状態にある場合、あるいは電池温度が高温である場合等が考えられるが、経験則的に電池が充電に適さない高温等、一時的に充電不能である可能性が最も高いので、ここでは、充電電流は所定値ａ未満であるとの判定結果が得られた場合には、電池４０ａは一時的に充電不能であると推定する。

そこで、充電待機中であることをユーザに報知するための表示を行う。例えば、表示部１８においてＬＥＤを一定周期で赤色に点滅する（ステップ３１５）。次に、充電電流が所定値ａ以上であるか否か所定時間に渡って継続的に判別する（ステップ３１６、３１８）。先述したように、充電電流が所定値ａ未満である場合は、一時的な充電不能状態と推定したが、所定時間経過前に（ステップ３１８：ＮＯ）、充電電流が所定値a以上になった場合には（ステップ３１６：ＹＥＳ）、一時的な充電不能状態が解消したと推定する。例えば、高温状態にあった電池温度が所定温度以下に低下したような場合である。なお、電池セルの異常等、一時的な不能でない状態によりＦＥＴ４０ｃが遮断された場合は、ＦＥＴ４０ｃの遮断を継続しているため、充電電流は所定値ａ以下のままである。

所定値ａ以上の電流値が検出された場合には、充電を実行し、充電が開始されたことをユーザに報知するために、表示部１８において充電中であることを表示する。例えば、ＬＥＤを橙色に発色させる（ステップ３１７）。以上の通り、ステップ３１４及びステップ３１６において実行している充電電流のレベル判定は、電池パックの内部状態を推定するための処理である。

充電待機時間が所定時間（例えば、5時間）継続した場合には（ステップ３１８：ＮＯ）、ステップ３２１に進み充電電流の供給態勢を解除する。

充電を行っている過程で電流検出回路１３により検出された電流が所定値ａ未満となった場合には（ステップ３１９：ＹＥＳ）、満充電状態であると推定する。即ち、ステップ３１９において、充電電流が所定値ａ未満である場合は、満充電であるためにＦＥＴ４０ｃがオフされたものと推定し、充電を終了させ（ステップ３２１）、その旨をユーザに報知する。例えば、ＬＥＤを緑色に発色する（ステップ３２０）。ステップ３１９もステップ３１４及びステップ３１６と同様に電池パックの内部状態を推定するための処理である。

その後、電池４０ａが充電装置１００から脱抜された場合は（ステップ３２２：ＹＥＳ）、ステップ３０１に戻る。電池パックが外されたか否かの判別は、ステップ３０２の電池の装着判別と同様に、例えば、充電装置１００が、依存型電池パック２０、４０Ｂ内、又はアダプタ３０内に設けられた電池種判別素子１６の値を検知したか否かにより判断を行う。

一方、ステップ３１３において依存型電池であると判別した場合はステップ３１４をスキップする。本実施形態においては、リチウムイオン電池を充電する際の一般的な充電方法である定電流定電圧の充電を行うものとする。これは、充電開始後は定電流制御で充電を行い、電池電圧が所定値に達したところで定電圧制御で充電を行う充電方式である。充電に伴い電池電圧が上昇し定電圧充電区間に入ると電流が減少するが、電流がある所定値ａ未満となった場合は、依存型電池パックが満充電に達したものと判断する（ステップ３１９）。以下ステップ３１９以降は先述した通りである。

以上説明したように、本実施の形態にかかる充電装置は、依存型電池パックと自律型電池パックを判別し、自律型電池パックと判別された場合には、電池パックの内部情報が充電装置側に伝達されない状況でも、適宜電池状態を推定し、推定結果に応じて冷却ファンを駆動するか否か等適切に充電条件を設定することができる。上記実施の形態において、ステップ３１４及びステップ３１６における処理が自律型電池パックの内部状を推定する推定手段に相当する。

本発明は、上記実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、充電電流が所定値ａ以上であるか否かを判断するステップ３１４，ステップ３１６における判断は、充電電流が流れているか否かの判別であってもよい。また、表示部１８をＬＣＤで構成し、文字表示等により充電過程をユーザに対して報知するようにしてもよい。

１００ 充電装置、
１ 交流電源
２ 整流回路
３ メイン電源
３ａ スイッチングＩＣ
３ｂ スイッチングＦＥＴ
４ 補助電源
５，６ 電源
７ レギュレータ
８ マイクロコンピュータ(マイコン)
１０フィードバック回路
１１ 電圧制御回路
１２ 電流制御回路
１３ 電流検出回路
１４ 冷却ファン
１８ 表示部
２０ 依存型電池パック
１６ 電池種判別素子
１７ サーミスタ
２０ａ 電池
２０ｂ 保護ＩＣ
２０ｅ 電池種情報入力端子
２０ｆ 温度情報入力端子
２０ｇ 異常信号出力端子
３０ アダプタ
３０ａ 入力側プラス端子
３０ｂ 入力側マイナス端子
４０ 自律型電池パック
４０ａ 電池
４０ｂ 保護ＩＣ
４０ｃ ＦＥＴ
４０ｅ マイクロコンピュータ(マイコン)
４０ｆ レギュレータ
４０ｇ 電池温度検出部
４０ｈ 電池電圧検出部
４０ｉ プラス端子
４０ｊ マイナス端子

Claims (21)

1. 二次電池の内部情報に基づいて内蔵された遮断手段をオフすることにより充電電流を遮断する第１種電池パックと、充電装置に二次電池の内部情報を提供する第２種電池パックのいずれをも接続可能な接続部と、
   前記接続部を介して充電対象の電池パックに内蔵された二次電池に充電電流を供給する充電手段と、
   前記接続部に前記第２種電池パックが接続された場合には前記第２種電池パックから提供された二次電池の内部情報に基づき充電条件を設定し、前記第１種電池パックが接続された場合には二次電池の内部情報を用いずに充電条件を設定する制御手段と、を有することを特徴とする充電装置。
2. 前記第１種電池パックと前記第２種電池パックとを判別する電池種判別手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記接続部は充電を行うためのプラス端子とマイナス端子のみにより前記第１種電池パックと接続されることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の充電装置。
4. 前記電池種判別手段が前記接続部に接続された充電対象の電池パックを前記第１種電池パックであると判別した場合には、前記制御手段は当該電池パックの内部状態を推定し、推定結果に応じて充電条件を実行することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
5. 前記制御手段が前記二次電池は充電を行うには不適な状態にあると推定した場合には、充電可能な状態を維持しつつ所定時間待機する充電条件を実行することを特徴とする請求項４に記載の充電装置。
6. 前記充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段を更に有し、前記電池種判別手段が前記接続部に接続された充電対象の電池パックを前記第１種電池パックであると判別した場合には、前記制御手段は前記充電対象の電池パックが電池温度管理機能を有していると推定し、前記冷却手段を駆動せずに前記充電手段により充電電流を供給する充電条件を実行することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
7. 前記充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段を更に有し、前記電池種判別手段が前記接続部に接続された充電対象の電池パックを前記第２種電池パックであると判別した場合には、前記制御手段は前記充電対象の電池パックが電池温度管理機能を有していないと推定し、前記冷却手段を駆動しつつ前記充電手段により充電電流を供給する充電条件を実行することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
8. 前記電池種判別手段は、アダプタを介して前記接続部のプラス端子とマイナス端子と接続される電池パックと、前記アダプタを用いずに前記接続部と直接接続される電池パックとを判別することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
9. 前記電池種判別手段は、直列に複数の電池セルが接続された電池ユニットを複数並列に接続した構成の二次電池において、３並列以上の電池ユニットからなる前記第1種電池パックと、単体電池ユニットまたは２並列の電池ユニットからなる前記第２種電池パックとを判別することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
10. 前記電池種判別手段は、電動工具本体と電力供給ケーブルを介して接続される電池パックからなる前記第1種電池パックと、電動工具本体とスライド方式若しくは挿入方式で直接装着される電池パックからなる前記第２種電池パックとを判別することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
11. 前記充電電流を検出する充電電流検出手段を更に有し、前記電池種判別手段が前記接続部に接続された電池パックが前記第１種電池パックであると判別した場合には、前記制御手段は前記充電電流検出手段による検出結果に基づいて前記接続部に接続された前記第１種電池パックの内部状態を推定し、内部状態に関する推定結果に応じて、充電条件を実行することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
12. 前記接続部は充電を行うためのプラス端子とマイナス端子のみから構成されており、前記二次電池の情報を取得できない充電装置であって、前記制御手段は前記充電電流検出手段が充電電流を検出していなければ、前記二次電池は充電を行うには不適な状態にあると推定し、充電可能な状態を維持しつつ所定時間待機するよう充電条件を実行することを特徴とする請求項１１に記載の充電装置。
13. 前記所定時間を経過した時点で、前記制御手段は、前記充電電流検出手段が充電電流を検出した場合は、前記二次電池は充電を行うのに支障のない状態にあると推定し、充電待機を解除し充電を行う充電条件を実行することを特徴とする請求項１２に記載の充電装置。
14. 前記制御手段が充電待機を解除し充電を行った後、前記充電電流検出手段が検出する充電電流が所定値以下となった場合には、前記二次電池は満充電状態にあると推定し、当該推定結果に基づき前記充電手段が充電電流の供給を停止する充電条件を実行することを特徴とする請求項１３に記載の充電装置。
15. 前記接続部に接続された電池パックが充電待機状態、充電状態、若しくは満充電状態の何れの状態にあるかを表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の充電装置。
16. 前記接続部に接続された充電対象の電池パックの種別を判別するための電池種判別手段と、前記充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段とを更に有し、前記電池種判別手段による判別結果に基づき、前記充電対象の電池パックが電池温度を制御する機能を有していると判別した場合には、前記制御手段は前記冷却手段を駆動せずに前記充電手段により充電電流を供給する充電条件を実行することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
17. 前記接続部に接続された充電対象の電池パックの種別を判別するための電池種判別手段と、前記充電対象の電池パックを冷却するための冷却手段とを更に有し、前記電池種判別手段による判別結果に基づき、前記充電対象の電池パックが電池温度を制御する機能を有していないと判別した場合には、少なくとも前記充電手段が充電電流を供給している間、前記冷却手段を駆動することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
18. 前記電池種判別手段は、アダプタを介して前記接続部のプラス端子とマイナス端子とにそれぞれ接続される電池パックと、前記アダプタを用いずに前記接続部と直接接続される電池パックとを判別し、前記制御手段は、前記アダプタを介して前記接続部に接続される電池パックは、前記電池温度を制御する機能が備わっていると推定し、前記アダプタを用いずに直接接続される電池パックには前記電池温度を制御する機能が備わっていないと推定することを特徴とする請求項１６若しくは請求項１７のいずれか一項に記載の充電装置。
19. 前記電池種判別手段は、直列に複数の電池セルが接続された電池ユニットを複数並列接続した構成の二次電池において、単体または２並列に接続された電池ユニットからなる電池パックと、３並列以上電池ユニットが並列に接続されたものを別種の電池パックと判別し、前記制御手段は、前記単体または２並列の電池ユニットからなる電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていないと推定し、前記３並列以上の電池ユニットからなる電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていると推定することを特徴とする請求項１６若しくは請求項１７に記載の充電装置。
20. 前記電池種判別手段は、電動工具本体にスライド方式若しくは挿入方式で直接装着される電池パックと、電動工具本体と電力供給ケーブルを介して接続される電池パックを別種の電池パックとを判別し、前記制御手段は、前記電動工具本体に直接装着される電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていないと推定し、前記電動工具本体と電力ケーブルを介して接続される電池パックには、電池温度を制御する機能が備わっていると推定することを特徴とする請求項１６若しくは１７に記載の充電装置。
21. 電池パック自身で充電の可否を判断し充電を制御する第１種電池パックと、充電装置に充電の可否を判断する情報を提供し充電制御される構成の第２種電池パックのいずれをも接続可能な接続部と、
    前記接続部を介して充電対象の電池パックに内蔵された二次電池に充電電流を供給する充電手段と、
    前記接続部に接続された電池パックの種別に応じて、充電条件を実行する制御手段と、を有し、
    前記接続部は、充電を行うためのプラス端子及びマイナス端子のみにより前記第１種電池パックと接続されることを特徴とする充電装置。

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