JPWO2020026664A1 - 充電装置 - Google Patents

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Abstract

複数の電池パック接続部を備える充電装置において充電対象電池パックを切り替えながら充電する場合に適切な充電を行うことの可能な充電装置を提供する。マイコン９０は、電池パック接続部６ａ〜６ｄのうち複数に電池パックが接続された場合の制御モードとして、第１モードと第２モードを択一的に実行可能である。前記第１モードでは、充電対象電池パックを満充電になる前に切り替えながら順次充電し、前記第２モードでは、充電対象電池パックを満充電にしてから切り替えて充電し、切替の度に、充電対象電池パックの種別又は状態を検出する。

Description

本発明は、複数の電池パック接続部を備える充電装置に関する。
下記特許文献１は、４つの電池パックを同時に接続可能な充電装置において、複数の充電モードを選択可能とし、モード１では、充電電流を供給する電池パックを２．５時間毎に切り換えて充電を実行し、モード２では、充電電流を供給する電池パックを１時間毎に切り換えて充電を実行し、モード３では、充電電流を供給する電池パックを０．５時間毎に切り換えて充電を実行する。電池パックは、２．５時間の充電で充電量が１００％となり、１時間の充電で充電量が約８０％となり、０．５時間の充電で充電量が約６０％となる。充電電流を供給する電池パックの切換は、充電量に基づいてもよいとしている。
特開平９−２１５２１７号公報
特許文献１は、複数の電池パックの定格電圧が互いに共通で充電量も０％と共通する場合の充電装置の動作が示されるが、複数の電池パックの定格電圧や充電量が互いに異なる場合についての開示はない。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、複数の電池パック接続部を備える充電装置において充電対象電池パックを切り替えながら充電する場合に適切な充電を行うことの可能な充電装置を提供することにある。
本発明のある態様は、充電装置である。この充電装置は、
複数の電池パック接続部と、
各電池パック接続部に接続された電池パックを充電する充電回路と、
前記充電回路からの充電電流供給先となる電池パック接続部を選択する選択手段と、
前記充電回路及び前記選択手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の電池パック接続部に電池パックが接続された場合の制御モードとして、第１モードと第２モードを択一的に実行可能であり、
前記第１モードでは、充電対象電池パックを満充電になる前に切り替えながら順次充電し、前記第２モードでは、充電対象電池パックを満充電にしてから切り替えて充電し、
前記制御部は、切替の度に、充電対象電池パックの種別又は状態を検出する。
前記複数の電池パックは、第１の電池パックが接続される第１の電池パック接続部と第２の電池パックが接続される第２の電池パック接続部を有し、
前記第１モードでは、前記第１の電池パックの充電を開始して前記第１の電池パックが満充電になる前に前記第１の電池パックの充電を停止して前記第２の電池パックの充電を開始するよう、充電する電池パックを切り替えながら順次充電してもよい。
前記制御部は、前記第１モードにおいて、互いに残容量が異なる複数の電池パックを充電する場合に、充電対象電池パックの残容量が他の少なくとも１つの電池パックの残容量よりも高いときは、充電を行わずに充電対象電池パックを切り替えてもよい。
前記制御部は、前記第１モードにおいて、各電池パックの現在の出力電圧と満充電時の出力電圧との関係から各電池パックの残容量を導出し、複数の電池パックの残容量を揃えながら前記残容量を段階的に高めてもよい。
前記制御部は、充電対象電池パックの異常を検出したときは、充電を行わずに充電対象電池パックを切り替えてもよい。
前記第２モードでは、前記第１の電池パックの充電を開始して前記第１の電池パックが満充電になったら前記第２の電池パックの充電を開始するよう、充電する電池パックを切り替えてもよい。
前記制御部の制御モードを第１及び第２モードの間で手動で切り替えるモード切替部を備えてもよい。
制御部は、前記第１又は２モードにおいて、前記第１の電池パックが高温の場合には、前記第１の電池パックを充電せずに前記第２の電池パックの充電を開始してもよい。
制御部は、前記第１の電池パックの高温状態が解消した場合には、前記第２の電池パックの充電後に前記第１の電池パックの充電を開始してもよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、複数の電池パック接続部を備える充電装置において充電対象電池パックを切り替えながら充電する場合に適切な充電を行うことの可能な充電装置を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係る充電装置１の斜視図。 充電装置１のダクト２０の斜視図。 充電装置１の上ケース４の平面図。 上ケース４の底面図。 充電装置１の内部構造説明図。 図５のVI−VI断面図であって、電池パック接続部６ｄに電池パック７０を装着した状態の充電装置１の断面図。 図５のVII−VII断面図。 １つの電池パック７０を装着した状態の充電装置１の正面図。 充電装置１の回路ブロック図。 充電装置１における充電モード判別のフローチャート。 充電装置１における充電モード表示ＬＥＤ１０２点灯のフローチャート。 充電装置１の第１モードにおける、充電対象電池パックを切り替える電圧値の一例を示すグラフ。 充電装置１の第１モードにおける充電の流れを示すフローチャート。 充電装置１の第１及び第２モードの各々における充電対象電池パックの切替条件の説明図。 本発明の実施の形態２に係る充電装置１Ａの底断面図。 充電装置１Ａの平断面図。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
（実施の形態１） 図１〜図１４を参照し、本発明の実施の形態１に係る充電装置１について説明する。図１により、充電装置１の前後、上下、左右の各方向を定義する。充電装置１の略直方体の外枠を構成するケース（ハウジング）３は、上ケース４と下ケース５とを組み合わせたものである。上ケース４及び下ケース５は、例えば樹脂成形体である。
ケース３は、上面部３ａと、下面部３ｂ（図６及び図７）と、側面部３ｃ〜３ｆと、を有する。下面部３ｂは、上面部３ａと対向する。側面部３ｃ〜３ｆは、上面部３ａと、下面部３ｂと、を互いに接続する。側面部３ｃは、ケース３の前面部であって、第１側面部に対応する。側面部３ｄは、ケース３の背面部であって、第２側面部に対応する。側面部３ｅは、ケース３の右側面部である。側面部３ｆは、ケース３の左側面部であって、第３側面部に対応する。側面部３ｃ、３ｄは互いに対向する。側面部３ｅ、３ｆは互いに対向する。側面部３ｃ、３ｄの左右方向の長さは、側面部３ｅ、３ｆの前後方向の長さよりも長い。
ケース３の上面部３ａには、ハンドル１２が回動可能に支持される。ケース３の上面部３ａの４つの角部にはそれぞれ、状態表示部１４ａ〜１４ｄが設けられる。状態表示部１４ａ〜１４ｄは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を含む。状態表示部１４ａ〜１４ｄは、自身の点灯状態により、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された電池パックの充電状況等を作業者に報知する。上面部３ａの前部中央には、モード切替部としての充電モード切替スイッチ１３が設けられる。
ケース３の前面部である側面部３ｃに、電池パック接続部６ａ、６ｂが設けられる。図５に示すように、ケース３の背面部である側面部３ｄに、電池パック接続部６ｃ、６ｄが設けられる。電池パック接続部６ａ〜６ｄはそれぞれ、通気口（吸気口）７及び一対のレール部１５を有する。吸気口７は、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された電池パックの排気口と連通する。レール部１５は、上下方向に延びる。レール部１５は、電池パック接続部６ａ〜６ｄへの電池パック装着時のガイドとなる。なお、本実施の形態では、電池パック接続部６ａ〜６ｄに設けられた通気口７を吸気口、電池パックの通気口を排気口として説明するが、通気口７を排気口、電池パックの通気口を吸気口としてもよい。
ケース３の右側面部である側面部３ｅに、通気口（吸気口）８及びプラグ差込口ホルダ（アウトレットホルダ）１６が設けられる。吸気口８は、側面部３ｅの中心より後方かつ下方に複数開口する。プラグ差込口ホルダ１６には、２つのプラグ差込口（アウトレット）１１が設けられる。プラグ差込口１１にはＡＣ１００Ｖが出力される。図示しない外部の電気機器の電源コードをプラグ差込口１１に差し込むことで、充電装置１から外部の電気機器に電源を供給できる。図５に示すように、ケース３の左側面部である側面部３ｆに、通気口（排気口）９が設けられる。排気口９は、側面部３ｆの中心より後方かつ下方に複数開口する。なお、本実施の形態では、通気口８を吸気口、通気口９を排気口として説明するが、通気口８を排気口、通気口９を吸気口としてもよい。
図５及び図７に示すように、ケース３内に、メイン基板５０と、ファン５５と、が収容される。メイン基板５０は、下ケース５の下面にネジ止め等により固定される。メイン基板５０は、充電回路部を構成する各部品を搭載する。ファン５５は、排気口９の近傍に保持される。ファン５５は、ケース３の前後方向の中央、すなわち側面部３ｃ、３ｄ間の中央よりも後方に位置する。ファン５５は、ケース３内の空気を吸引して排気口９から外部に排気する軸流ファンである。ファン５５は、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された複数の電池パックと、メイン基板５０に設けられた充電回路部と、を冷却する冷却風を発生する単一のファンである。
メイン基板５０上には、トランス５１、放熱用のフィン５２〜５４、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）基板５６、コンデンサＣ、及びスイッチング素子としての複数のＦＥＴ５８等が設けられる。ＵＳＢ基板５６上には、ＵＳＢコネクタ５７が設けられる。ＵＳＢコネクタ５７は、下ケース５の左側面（側面部３ｆ）に開口する。電源コード１７は、ケース３の右側面（側面部３ｅ）の前部から引き出され、商用電源等の外部交流電源に接続される。図５及び図７に示すように、エアフィルター５９は、ケース３内に設けられ、吸気口８を覆う。エアフィルター５９は、粉塵等がケース３の外部からケース３の内部に進入することを抑制する。
配線６１〜６４は、電池パック接続部６ａ〜６ｄと、メイン基板５０と、を互いに電気的に接続する。配線６５は、上ケース４にネジ止め等により固定されたスイッチ基板３１と、メイン基板５０と、を互いに電気的に接続する。配線６６〜６９は、状態表示部１４ａ〜１４ｄと、メイン基板５０と、を互いに電気的に接続する。スイッチ基板３１は、図１等に示すモード切替スイッチ１３を搭載する。
ダクト２０は、ファン５５と、電池パック接続部６ａ〜６ｄの吸気口７と、の間の風路を形成する案内部である。ダクト２０は、例えば樹脂成形体であり、単一の部材からなる。図２に示すように、ダクト２０は、第１風路端部２１ａ〜２１ｄと、第２風路端部２２と、第１連結部２３ａ〜２３ｄと、第２連結部２４と、を含む。第１風路端部２１ａ〜２１ｄはそれぞれ、電池パック接続部６ａ〜６ｄの吸気口７に臨む（近接する）。第２風路端部２２は、ファン５５に臨む（近接する）。
第１連結部２３ａ、２３ｄは、前後方向と略平行に延びて、第１風路端部２１ａ、２１ｄ間を連結する。第１連結部２３ｂ、２３ｃは、前後方向と略平行に延びて、第１風路端部２１ｂ、２１ｃ間を連結する。第２連結部２４は、左右方向と略平行に延びて、第１連結部２３ｂ、２３ｃの合流部、第１連結部２３ａ、２３ｄの合流部、及び第２風路端部２２を連結する。第２連結部２４は、側面部３ｃ、３ｄ間の中央よりも後方に位置する。第１連結部２３ａは、第１連結部２３ｄよりも長い。第１連結部２３ｂは、第１連結部２３ｃよりも長い。
第１連結部２３ａ、２３ｄは、第１連結部２３ｂ、２３ｃよりも、ファン５５に近い位置、すなわち左方にある。第１連結部２３ａと第２連結部２４との接続部２５ａ、及び、第１連結部２３ｄと第２連結部２４との接続部２５ｄは、相対的に曲率が大きい。第１連結部２３ｂと第２連結部２４との接続部２５ｂ、及び、第１連結部２３ｃと第２連結部２４との接続部２５ｃは、相対的に曲率が小さい（接続部２５ａ、２５ｄより曲率が小さい）。これにより、ダクト２０は、ファン５５に対して離れた位置にある部分が、ファン５５に対して近い位置にある部分と比較して、流路抵抗が小さく、ファン５５によって発生する冷却風が流れやすい形状となり、電池パック接続部６ａ〜６ｄの吸気口７を通る冷却風の量が均一に近くなる。
図７に示すように、第２風路端部２２の下端部は、上下方向において、ファン５５の存在範囲内かつファン５５の中心よりも若干上方に位置する。ダクト２０により、ファン５５によって発生する冷却風は、充電回路部を流れる第１冷却風ＣＡ１と、電池パック接続部６ａ〜６ｄを通る第２冷却風ＣＡ２と、に分離される。
ダクト２０の下面には、ネジ止め用の所定数の貫通穴２７が設けられる。図４に示すように、上ケース４の下面には、ダクト２０の貫通穴２７に対応する位置に、ネジ止め用の所定数のボス３７が設けられる。ダクト２０は、上ケース４に、ネジ止め等により固定される。上ケース４の下面には、リブ３０、３４、３５が設けられる。リブ３０は、ダクト２０の側面部と連結されて風路の一部を構成する風路形成リブである。リブ３４は、ファン５５を所定位置に保持するために設けられる。リブ３５は、ダクト２０の第２風路端部２２の上方に設けられる。リブ３５は、第２冷却風ＣＡ２が効率良くファン５５に吸い込まれるようにガイドする。
図６に示すように、ケース３の上面部３ａには、ハンドル１２を収容する凹部３８が設けられる。凹部３８は、ケース３の前後方向の中央付近から後方にかけて存在する。ダクト２０の第１連結部２３ａは、凹部３８よりも前方にある（凹部３８に近接しない）部分及び第１風路端部２１ａの下面が、凹部３８の直下にある（凹部３８に近接する）部分の下面や第１連結部２３ｄ及び第１風路端部２１ｄの下面よりも高い位置にある。同様に、第１連結部２３ｂは、凹部３８よりも前方にある部分及び第１風路端部２１ｂの下面が、凹部３８の直下にある部分の下面や第１連結部２３ｃ及び第１風路端部２１ｃの下面よりも高い位置にある。これは、凹部３８があることによる冷却風の流れやすさの差を抑制するためである。
図６に示すように、電池パック７０は、電池ケース７１と、二次電池セル７２と、を含む。複数の二次電池セル７２が、電池ケース７１内に収容保持される。電池ケース７１には、吸気口（通気口）７３と、排気口（通気口）７４と、が設けられる。排気口７４は、充電装置１の吸気口７と連通する。電池パック７０は、電池パック接続部６ａ〜６ｄのいずれかに装着されることで、充電装置１に固定されると共に充電装置１との電気的な接続（端子同士の接触）が確立され、充電装置１により充電されることが可能な状態となる。吸気口（通気口）７３が下側を向くため、粉塵等が電池ケース７１内に侵入することを抑制することができる。
ファン５５を駆動した場合に発生する冷却風の流れを説明する。図７に示すように、第１冷却風ＣＡ１は、ケース３の吸気口８及びエアフィルター５９を介してケース３内に取り込まれ、メイン基板５０上の各部品を冷却し、ファン５５に吸い込まれ、排気口９からケース３外に排気される。第２冷却風ＣＡ２は、図６に示すように、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された各電池パック７０の吸気口７３から電池パック７０内に取り込まれ、電池パック７０内の各部品を冷却し、ケース３の各吸気口７からケース３内に取り込まれ、ダクト２０に案内されて、図７に示すように、ファン５５に吸い込まれ、排気口９からケース３外に排気される。
図９は、充電装置１の回路ブロック図である。充電装置１において、整流回路８０は、例えばダイオードブリッジであり、交流電源７９からの供給電流を整流する。整流回路８０の出力端子間に、トランス８１及びＦＥＴ等のスイッチング素子８２が設けられる。スイッチング素子８２のオンオフは、スイッチング制御回路８３によって制御される。整流平滑回路８４は、トランス８１の二次側の出力電流を整流、平滑する。トランス８１、スイッチング素子８２、及び整流平滑回路８４は、充電回路を構成する。１２Ｖ電源８５は、整流平滑回路８４の出力電圧をファン５５の動作電圧（例えばＤＣ１２Ｖ）に変換する。ファン制御回路８６は、ファン５５の駆動を制御する。
電圧フィードバック回路８７は、整流平滑回路８４の出力電圧を検出し、スイッチング制御回路８３にフィードバックする。シャント抵抗８８は、整流平滑回路８４から電池パック接続部６ａ〜６ｄへの出力電流（充電電流）の経路に設けられる。電流フィードバック回路８９は、シャント抵抗８８の両端の電圧により充電電流を検出し、スイッチング制御回路８３にフィードバックする。電流検出回路９１は、シャント抵抗８８の両端の電圧により充電電流を検出し、マイコン９０にフィードバックする。過充電検出回路９２は、充電対象電池パックが過充電か否かを検出する。充電モード表示ＬＥＤ１０２は、マイコン９０の制御に従い、充電装置１の現在の充電モードを表示する。
マイコン（マイクロコントローラ）９０は、制御部として機能する。マイコン９０は、スイッチング制御回路８３を制御し、整流平滑回路８４の出力電圧及び出力電流が、充電対象電池パック（電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された電池パックのうち現在充電電流の供給対象となっている電池パック）の状態や種別に応じた適正値となるように制御する。また、マイコン９０は、ファン制御回路８６を制御し、ファン５５の駆動を制御する。
トランス９８及びスイッチング制御回路９９は、整流回路８０の出力端子間に設けられる。電源１００、１０１は、トランス９８の二次側に設けられる。電源１００は、スイッチング制御回路８３の動作電圧を供給する。電源１０１は、マイコン９０の動作電圧（例えばＤＣ５Ｖ）を供給する。電圧フィードバック回路８７、電流フィードバック回路８９、マイコン９０、及び電源９４と、スイッチング制御回路８３と、の間の接続は、フォトカプラ等を用いることで、トランス８１、９３の一次側と二次側との絶縁を確保できる。
電池パック接続部６ａ〜６ｄにそれぞれ設けられたＣ＋端子及びＣ−端子は、充電電流供給用の端子である。ＬＳ端子は、電池パックの温度を示す温度検出信号を電池パックから受信するための端子である。Ｔ端子は、電池パックの種別（定格電圧等）を示す識別信号を電池パックから受信するための端子である。電池パック接続部６ａはポート１、電池パック接続部６ｂはポート２、電池パック接続部６ｃはポート３、電池パック接続部６ｄはポート４に対応する。
ダイオードＤ１〜Ｄ４は、整流平滑回路８４から電池パック接続部６ａ〜６ｄへの電流経路にそれぞれ設けられ、電流の逆流を防止する。選択手段としてのリレー９３ａ〜９３ｄは、整流平滑回路８４から電池パック接続部６ａ〜６ｄへの電流経路にそれぞれ設けられる。リレー９３ａ〜９３ｄは、マイコン９０の制御により、電池パック接続部６ａ〜６ｄのいずれに接続された電池パックが充電対象電池パックであるかに応じて、択一的にオンされる。電圧検出回路９４ａ〜９４ｄは、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された各電池パックの電圧を検出し、マイコン９０にフィードバックする。過電圧検出回路９５ａ〜９５ｄは、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された各電池パックが過電圧か否かを検出し、マイコン９０にフィードバックする。温度検出回路９６ａ〜９６ｄは、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された各電池パックの温度を検出し、マイコン９０にフィードバックする。電池パック識別回路９７ａ〜９７ｄは、電池パック接続部６ａ〜６ｄに接続された各電池パックの種別を検出し、マイコン９０にフィードバックする。マイコン９０は、充電対象電池パックを切り替える度に、充電対象電池パックの種別（定格電圧等）及び状態（電圧や温度）を検出する。
図１０は、充電装置１における充電モード判別のフローチャートである。マイコン９０は、状態表示部１４ａ〜１４ｄに、充電待機表示を行う（Ｓ１）。マイコン９０は、電池パック接続部６ａ〜６ｄの少なくとも１つに電池パックが接続されると（Ｓ２のＹＥＳ）、接続された電池パックの温度を確認し、所定温度、例えば５０℃以上でなければ（Ｓ３のＮＯ）、当該電池パックの種別又は状態を判別する（Ｓ４）。このステップＳ４は後述する充電モードにかかわらず、電池パックの充電を開始する都度行う。すなわち、充電する電池パックが切り替わった都度行う。これにより、マイコン９０は、充電前に電池パックの種別又は状態を正確に把握することができ、電池パックの種別又は状態に応じた正確な充電を行うことができる。マイコン９０は、電池パックの充電モードとして第２モードとしての通常モードが選択されている場合（Ｓ５の「通常」）、ポート番号順に充電する制御を行うと判断し（Ｓ６）、充電を開始する（Ｓ８）。マイコン９０は、電池パックの充電モードとして第１モードとしての同時充電モードが選択されている場合（Ｓ５の「同時充電」）、電圧の低い順に順次充電する制御を行うと判断し（Ｓ７）、充電を開始する（Ｓ８）。マイコン９０は、ステップＳ３において、電池パックの温度が所定温度、例えば５０℃以上の場合（Ｓ３のＹＥＳ）、電池パック接続部６ａ〜６ｄのうち当該電池パックが接続されたものに対応する状態表示部１４ａ〜１４ｄに高温待機表示を行い（Ｓ９）、ファン５５を駆動する（Ｓ１０）。接続された電池パックが１つの場合、ステップＳ３で高温判断された場合には高温状態が解消するまでステップＳ９及びＳ１０を実行する。一方、複数の電池パックが接続された状態において、１つの電池パックが高温で他の電池パックが高温でない場合も考えられる。この場合、ステップＳ３において１つでも高温の電池パックがあると充電を開始できない。そこで、ステップＳ３において、接続された全ての電池パックの温度を検出し、高温でない電池パックがある場合にはステップＳ４に進むようにし、高温でない電池パックのみを充電可能とし、高温状態が解消された後に、選択された充電モードで充電するようにしてもよい。
図１１は、充電装置１における充電モード表示ＬＥＤ１０２点灯のフローチャートである。マイコン９０は、充電モード切替スイッチ１３が押されると（Ｓ１１のＹＥＳ）、充電モードを第１モード（同時充電モード）と第２モード（通常モード）との間で切り替え、切替後のモードが同時充電モードでなければ（Ｓ１２のＮＯ）、充電モード表示ＬＥＤ１０２を点灯する（Ｓ１３）。マイコン９０は、切替後のモードが同時充電モードであれば（Ｓ１２のＹＥＳ）、充電モード表示ＬＥＤ１０２を消灯する（Ｓ１４）。
図１２は、充電装置１の第１モード（同時充電モード）における、充電対象電池パックを切り替える電圧値の一例を示すグラフである。同時充電モードでは、充電対象電池パックを切り替えながら、まず、全ての電池パックを二次電池セル当たり３．８Ｖまで充電する。その後、充電対象電池パックを切り替えながら、全ての電池パックを二次電池セル当たり３．９５Ｖまで充電する。同様に、全ての電池パックを二次電池セル当たり４．１Ｖ、４．１７Ｖと段階的に充電していく。
図１３は、充電装置１の第１モードにおける充電の流れを示すフローチャートである。マイコン９０は、最も電圧の低い電池パック（最も残容量率（又は残容量）の低い電池パック）を充電対象電池パックとして選択し、当該電池パックの種別又は状態を判別（検出）する。そして、目標電圧を二次電池セル当たり３．８Ｖに設定し、充電対象電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達するまで（Ｓ２１のＮＯ）、当該電池パックの充電を継続する（Ｓ２２）。マイコン９０は、充電対象電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達すると（Ｓ２１のＹＥＳ）、充電対象電池パックを、残りの電池パックの中で最も電圧の低い電池パックに切り替える（Ｓ２３）。マイコン９０は、切り替えられる都度、電池パックを充電する前に電池パックの種別又は状態を判別する。これにより、充電すべき電池パックの種別又は状態を正確に把握することができ、電池パックの種別又は状態に応じた正確な充電を行うことができる。マイコン９０は、充電対象電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達する都度、充電対象電池パックを切り替え、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達すると（Ｓ２４のＹＥＳ）、目標電圧を二次電池セル当たり３．９５Ｖに切り替える（Ｓ２５）。マイコン９０は、充電対象電池パックを切り替えながら充電を行い、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．９５Ｖに到達すると（Ｓ２６のＹＥＳ）、目標電圧を二次電池セル当たり４．１Ｖに切り替える（Ｓ２７）。マイコン９０は、充電対象電池パックを切り替えながら充電を行い、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり４．１Ｖに到達すると（Ｓ２９のＹＥＳ）、目標電圧を二次電池セル当たり４．１７Ｖに切り替える（Ｓ３０）。マイコン９０は、充電対象電池パックを切り替えながら充電を行い、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり４．１７Ｖに到達すると（Ｓ３１のＹＥＳ）、状態表示部１４ａ〜１４ｄに充電完了表示を行う（Ｓ３２）。なお、マイコン９０は、充電する（又は接続された全ての）電池パックの温度を検出しており、切り替えられた電池パックの温度が高温（例えば５０℃以上）の場合には、この電池パックの次に電圧の低い電池パックに切り替える。そして、その電池パックの電圧が目標電圧に到達した後に、高温のためスキップした電池パックの充電を行えばよい。但し、高温状態が継続している場合には、別の電池パックを充電し、高温状態が解消した後に当該電池パックの充電を開始すればよい。また、図１２及び図１３は目標電圧として各二次電池セル７２の電圧を示しているが、電池パックの電圧（全体電圧）に基づいて段階的に充電してもよい。例えば、定格電圧１８Ｖの電池パックの場合、二次電池セルが５本直列に接続されている。よって、まず電池パックの電圧が１９Ｖ（３．８Ｖ×５セル）まで充電し、次いで１９．７５Ｖ、２０．５Ｖ、２０．８５Ｖと段階的に充電していけばよい。充電対象が切り替えられる都度、電池パックの種別又は状態を判別することで、同じ電池パックが接続されているか否かを判別することができる。接続された全ての電池パックの充電が終了するまでの間で一度だけしか電池パックの種別を判別しない場合、途中で異なる電池パックに取り換えられてしまうと、その電池パックは前に接続された電池パックの情報が引き継がれてしまい、満充電にならないで充電が終了してしまう不具合が生じてしまう。そのため、本実施の形態では、充電開始前（切り替得られる都度）に必ず電池パックの種別を判別することで確実に充電を終了することができる。
マイコン９０は、各電池パックの現在の出力電圧と満充電時の出力電圧との関係から各電池パックの残容量率を導出することができる。残容量率を基に充電対象電池パックの切り替えを判断することで、互いに定格電圧の異なる複数の電池パックが接続された場合にも、充電対象電池パックの切替を適切に行える。マイコン９０は、第１モードにおいて、互いに残容量率が異なる複数の電池パックを充電する場合に、充電対象電池パックの残容量率が他の少なくとも１つの電池パックの残容量率よりも高いときは、充電を行わずに充電対象電池パックを切り替える。マイコン９０は、充電対象電池パックの異常（高温異常等）を検出したときは、充電を行わずに充電対象電池パックを切り替える。
図１４は、充電装置１の第１及び第２モードの各々における充電対象電池パックの切替条件の説明図である。第２モード（通常モード）は、ポート番号順に電池パックを充電していき、充電対象電池パックを満充電にしてから次のポート番号の電池パックに切り替えるモードである。通常モードにおいて、充電対象電池パックが高温待機状態の場合、当該電池パックはスキップし、次のポート番号の電池パックを充電対象電池パックとして充電する。高温待機状態が解消したら、充電中の電池パックの充電が完了した後、当該電池パックを充電対象電池パックとして充電する。又は、当該電池パック以外の全ての電池パックの充電が完了した後に、当該電池パックを充電対象電池パックとして充電してもよい。充電中の電池パックが抜かれた場合には、次のポート番号の電池パックを充電すればよい。更に、途中で電池パックが接続された場合には、充電中の電池パックの充電が完了した後に、ポート番号順に充電すればよい。例えば、ポート番号３の電池パックを充電中に、ポート番号２に電池パックが接続されたら、ポート番号３の電池パックの充電完了後に新たに接続されたポート番号２の電池パックを充電する。一方、ポート番号４に電池パックが接続されたら、ポート番号順に充電すればよい。なお、この第２モードにおいて、１つの電池パックの充電開始から充電完了までの制御は、一般的に行われている周知の技術である。すなわち、電池パックがリチウム電池の場合、定電流充電にて充電を開始し、電池パックの電圧（又は二次電池セルの電圧）が所定値に達したら定電圧充電に切り替え、充電電流が所定電流まで低下したら満充電として充電を停止する制御である。第１モード（同時充電モード）では、電圧（残容量率）の低い電池パックから充電し、複数の電池パックの電圧（残容量率）を揃えながら段階的に高めていく。充電対象電池パックが高温待機状態の場合、当該電池パック以外の電池パックを電圧の低い順に順次充電する。一部の電池パックが途中で抜かれた場合、残りの電池パックを電圧の低い順に順次充電する。途中で新たに電池パックが接続された場合、その電池パックも含めた全ての電池パックを電圧の低い順に順次充電する。また、第１モードにおいて、接続された電池パックの定格電圧が異なっている場合であっても、図１４に示すように充電すればよい。例えば、定格電圧が小さい電池パックがある場合には、その電池パックが他の電池パックよりも早く充電が完了することになるが、その後は、いずれのモードの場合でも充電が完了していない電池パックの充電を継続すればよいため、定格電圧が異なる複数の電池パックを接続しても問題ない。また、電池パックの種別と状態を検出することで電池パックの定格電圧と残容量率（定格電圧に対する残容量の割合）を算出できるため、残容量率が低い電池パックから充電することで、定格電圧が異なっていても略同時に充電完了することもできる。
本実施の形態によれば、下記の作用効果を奏することができる。
(1) ファン５５の発生する冷却風を、ダクト２０により、充電回路部を流れる第１冷却風ＣＡ１と、電池パック接続部６ａ〜６ｄを通る第２冷却風ＣＡ２と、に分離する構成であるため、ファン５５により、充電回路部を冷却しつつ、充電装置１に接続された複数の電池パックも冷却することができる。ここでファン５５を単一のファンとすれば、冷却用のファンを複数とする場合と比較して、コストを低減でき、また配線もシンプルにできつつ、充電回路部と複数の電池パックの両方を効率よく冷却することができる。
(2) ダクト２０は、単一の部材であり、上ケース４にネジ止め等するだけでよいため、ファン５５の発生する冷却風を第１冷却風ＣＡ１と第２冷却風ＣＡ２とに分離するために必要なコスト、部品点数、製造工数の増加を抑制できる。また、ダクト２０は、吸気口７から進入した塵や水をファン５５に向けて導く作用もあり、ケース３内かつダクト２０外の防塵、防水にも寄与する。
(3) ケース３の電池パック接続部６ａ〜６ｄが設けられない側面部３ｅに第１冷却風ＣＡ１用の吸気口８及びプラグ差込口１１を設け、また電池パック接続部６ａ〜６ｄが設けられない側面部３ｆに排気口９及びＵＳＢコネクタ５７を設けているため、レイアウト効率が良い。
(4) ファン５５に対して遠い位置にある接続部２５ｂ及び接続部２５ｃの曲率を、ファン５５に対して近い位置にある接続部２５ａ及び接続部２５ｄの曲率よりも小さくしているため、両曲率が等しい場合と比較して、電池パック接続部６ａ〜６ｄの吸気口７を通る冷却風の量を均一に近づけることができる。また、ファン５５をケース３の中央部を避けた端部に配置しているため、メイン基板５０の配置領域を確保することができる。
(5) マイコン９０は、第１モード（同時充電モード）において、複数の電池パックの各々の残容量を基に充電対象電池パックの切り替えを判断することで、互いに定格電圧の異なる複数の電池パックが接続された場合にも、充電対象電池パックの切替を適切に行うことができる。また、高温状態の電池パックが接続された場合には、高温状態が開所王するまで他の電池パックを充電するため、複数の電池パックを効率良く充電することができる。
(6) マイコン９０は、第１モード（同時充電モード）において、残容量が低い電池パックから順に充電するため、複数の電池パックの残容量のばらつきを迅速に揃えながら充電することが可能となる。
（実施の形態２） 図１５は、本発明の実施の形態２に係る充電装置１Ａの底断面図である。図１６は、充電装置１Ａの平断面図である。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。充電装置１Ａは、電池パック接続部６ａ、６ｄに対して、ファン５５Ａ、吸気口（通気口）８Ａ、排気口（通気口）９Ａ、及びメイン基板５０Ａを有し、電池パック接続部６ｂ、６ｃに対して、ファン５５Ｂ、吸気口（通気口）８Ｂ、排気口（通気口）９Ｂ、及びメイン基板５０Ｂを有する。
下ケース５には、ケース３内を左右に二分割（略二等分）するリブ６０が設けられる。ファン５５Ａ、吸気口８Ａ、排気口９Ａ、及びメイン基板５０Ａは、リブ６０の左方に設けられる。ファン５５Ｂ、吸気口８Ｂ、排気口９Ｂ、及びメイン基板５０Ｂは、リブ６０の右方に設けられる。吸気口８Ａは、ケース３のリブ６０の左側領域の右前部下面に開口する。吸気口８Ｂは、ケース３のリブ６０の右側領域の左前部下面に開口する。ファン５５Ａは、ケース３内の左後部の下部に設けられる。ファン５５Ｂは、ケース３内の右後部の下部に設けられる。排気口９Ａは、ケース３の左側面の後下部に設けられる。排気口９Ｂは、ケース３の右側面の後下部に設けられる。メイン基板５０Ａは、ケース３のリブ６０の左側領域の下面にネジ止め等により固定される。メイン基板５０Ａは、電池パック接続部６ａ、６ｄに接続された電池パックを充電するための充電回路部を搭載する。メイン基板５０Ｂは、ケース３のリブ６０の右側領域の下面にネジ止め等により固定される。メイン基板５０Ｂは、電池パック接続部６ｂ、６ｃに接続された電池パックを充電するための充電回路部を搭載する。
案内部としてのダクト２０Ａ、２０Ｂは、上ケース４にネジ止め等により固定される。ダクト２０Ａは、電池パック接続部６ａ、６ｄの吸気口と、ファン５５Ａと、の間の風路を形成する。案内部としてのダクト２０Ｂは、電池パック接続部６ｂ、６ｃの吸気口と、ファン５５Ｂと、の間の風路を形成する。ダクト２０Ａは、電池パック接続部６ａの吸気口に臨む第１風路端部２１ａが、電池パック接続部６ｄに臨む第１風路端部２１ｄよりも幅広となっている。また、第１連結部２３ａと第２連結部２４Ａの接続部２５ａの曲率は、第１連結部２３ｄと第２連結部２４Ａの接続部２５ｄの曲率よりも小さい。これらの構成は、第１風路端部２１ａが第１風路端部２１ｄよりもファン５５Ａから遠いことを考慮して、電池パック接続部６ａ、６ｄの吸気口を通る冷却風の量を均一に近づけるためである。ダクト２０Ｂは、ダクト２０Ａと左右対称形状である。
本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、２個のファン５５Ａ、５５Ｂを要するものの、２つの電池パックと１つの充電回路部を１つのファンで冷却するため、１つの電池パックと１つの充電回路部を１つのファンで冷却する場合や、２つの電池パックを１つのファンで冷却する場合と比較して、コストを低減でき、また配線もシンプルにできる。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
本発明の充電装置に同時に接続可能な電池パックの数は、４個に限定されず、任意の複数個とすることができる。
１，１Ａ…充電装置（充電器）、３…ケース（ハウジング）、３ａ…上面部、３ｂ…下面部、３ｃ〜３ｆ…側面部、４…上ケース、５…下ケース、６ａ〜６ｄ…電池パック接続部、７…吸気口（通気口）、８，８Ａ，８Ｂ…吸気口（通気口）、９，９Ａ，９Ｂ…排気口（通気口）、１１…プラグ差込口（アウトレット）、１２…ハンドル、１３…充電モード切替スイッチ（モード切替部）、１４ａ〜１４ｄ…状態表示部、１５…レール部、１６…プラグ差込口ホルダ（アウトレットホルダ）、１７…電源コード、２０…ダクト（案内部）、２１ａ〜２１ｄ…第１風路端部、２２…第２風路端部、２３ａ〜２３ｄ…第１連結部、２４…第２連結部、２５ａ〜２５ｄ…接続部、２７…貫通穴、３０…リブ、３１…スイッチ基板、３４〜３５…リブ、３７…ボス、５０…メイン基板、５１…トランス、５２〜５４…フィン、５５…ファン、５６…ＵＳＢ基板、５７…ＵＳＢコネクタ、５８…ＦＥＴ（スイッチング素子）、５９…エアフィルター、６０…リブ、６１〜６９…配線、７０…電池パック、７１…電池ケース、７２…二次電池セル、７３…吸気口（通気口）、７４…排気口（通気口）、７９…交流電源、８０…整流回路、８１…トランス、８２…スイッチング素子、８３…スイッチング制御回路、８４…整流平滑回路、８５…１２Ｖ電源、８６…ファン制御回路、８７…電圧フィードバック回路、８８…シャント抵抗、８９…電流フィードバック回路、９０…マイコン（制御部）、９１…電流検出回路、９２…過充電検出回路、９３ａ〜９３ｄ…リレー、９４ａ〜９４ｄ…電圧検出回路、９５ａ〜９５ｄ…過電圧検出回路、９６ａ〜９６ｄ…温度検出回路、９７ａ〜９７ｄ…電池パック識別回路、９８…トランス、９９…スイッチング制御回路、１００…電源、１０１…電源、１０２…充電モード表示ＬＥＤ、ＣＡ１…第１冷却風、ＣＡ２…第２冷却風
本発明のある態様は、充電装置である。この充電装置は、
複数の電池パック接続部と、
各電池パック接続部に接続された電池パックを充電する充電回路と、
前記充電回路からの充電電流供給先となる電池パック接続部を選択する選択手段と、
前記充電回路及び前記選択手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記複数の電池パック接続部に前記電池パックが接続された場合の制御モードとして、第１モードと第２モードを択一的に実行可能であり、
前記第１モードでは、充電対象電池パックを満充電になる前に、前記充電対象電池パックの二次電池セル当たりの電圧に基づいて、切り替えながら順次充電し、前記第２モードでは、充電対象電池パックを満充電にしてから切り替えて充電し、
前記制御部は、切替の度に、充電対象電池パックの種別又は状態を検出する。
前記複数の電池パック接続部は、第１の電池パックが接続される第１の電池パック接続部と第２の電池パックが接続される第２の電池パック接続部を有し、
前記第１モードでは、前記第１の電池パックの充電を開始して前記第１の電池パックが満充電になる前に前記第１の電池パックの充電を停止して前記第２の電池パックの充電を開始するよう、充電する電池パックを切り替えながら順次充電してもよい。
制御部は、前記第１の電池パックの高温状態が解消した場合には、前記第２の電池パックの充電後に前記第１の電池パックの充電を開始してもよい。
前記制御部は、各電池パック接続部に接続された電池パックの定格電圧の異なる場合でも充電可能に構成されてもよい。
配線６１〜６４は、電池パック接続部６ａ〜６ｄと、メイン基板５０と、を互いに電気的に接続する。配線６５は、上ケース４にネジ止め等により固定されたスイッチ基板３１と、メイン基板５０と、を互いに電気的に接続する。配線６６〜６９は、状態表示部１４ａ〜１４ｄと、メイン基板５０と、を互いに電気的に接続する。スイッチ基板３１は、図１等に示す充電モード切替スイッチ１３を搭載する。
トランス９８及びスイッチング制御回路９９は、整流回路８０の出力端子間に設けられる。電源１００、１０１は、トランス９８の二次側に設けられる。電源１００は、スイッチング制御回路８３の動作電圧を供給する。電源１０１は、マイコン９０の動作電圧（例えばＤＣ５Ｖ）を供給する。電圧フィードバック回路８７、電流フィードバック回路８９、マイコン９０、及び電源１００、１０１と、スイッチング制御回路８３と、の間の接続は、フォトカプラ等を用いることで、トランス８１、９８の一次側と二次側との絶縁を確保できる。
図１３は、充電装置１の第１モードにおける充電の流れを示すフローチャートである。マイコン９０は、最も電圧の低い電池パック（最も残容量率（又は残容量）の低い電池パック）を充電対象電池パックとして選択し、当該電池パックの種別又は状態を判別（検出）する。そして、目標電圧を二次電池セル当たり３．８Ｖに設定し、充電対象電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達するまで（Ｓ２１のＮＯ）、当該電池パックの充電を継続する（Ｓ２２）。マイコン９０は、充電対象電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達すると（Ｓ２１のＹＥＳ）、充電対象電池パックを、残りの電池パックの中で最も電圧の低い電池パックに切り替える（Ｓ２３）。マイコン９０は、切り替えられる都度、電池パックを充電する前に電池パックの種別又は状態を判別する。これにより、充電すべき電池パックの種別又は状態を正確に把握することができ、電池パックの種別又は状態に応じた正確な充電を行うことができる。マイコン９０は、充電対象電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達する都度、充電対象電池パックを切り替え、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．８Ｖに到達すると（Ｓ２４のＹＥＳ）、目標電圧を二次電池セル当たり３．９５Ｖに切り替える（Ｓ２５）。マイコン９０は、充電対象電池パックを切り替えながら充電を行い、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり３．９５Ｖに到達すると（Ｓ２６のＹＥＳ）、目標電圧を二次電池セル当たり４．１Ｖに切り替える（Ｓ２７）。マイコン９０は、充電対象電池パックを切り替えながら充電を行い、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり４．１Ｖに到達すると（Ｓ２９のＹＥＳ）、目標電圧を二次電池セル当たり４．１７Ｖに切り替える（Ｓ３０）。マイコン９０は、充電対象電池パックを切り替えながら充電を行い、全ての電池パックの電圧が二次電池セル当たり４．１７Ｖに到達すると（Ｓ３１のＹＥＳ）、状態表示部１４ａ〜１４ｄに充電完了表示を行う（Ｓ３２）。なお、マイコン９０は、充電する（又は接続された全ての）電池パックの温度を検出しており、切り替えられた電池パックの温度が高温（例えば５０℃以上）の場合には、この電池パックの次に電圧の低い電池パックに切り替える。そして、その電池パックの電圧が目標電圧に到達した後に、高温のためスキップした電池パックの充電を行えばよい。但し、高温状態が継続している場合には、別の電池パックを充電し、高温状態が解消した後に当該電池パックの充電を開始すればよい。また、図１２及び図１３は目標電圧として各二次電池セル７２の電圧を示しているが、電池パックの電圧（全体電圧）に基づいて段階的に充電してもよい。例えば、定格電圧１８Ｖの電池パックの場合、二次電池セルが５本直列に接続されている。よって、まず電池パックの電圧が１９Ｖ（３．８Ｖ×５セル）まで充電し、次いで１９．７５Ｖ、２０．５Ｖ、２０．８５Ｖと段階的に充電していけばよい。充電対象電池パックが切り替えられる都度、電池パックの種別又は状態を判別することで、同じ電池パックが接続されているか否かを判別することができる。接続された全ての電池パックの充電が終了するまでの間で一度だけしか電池パックの種別を判別しない場合、途中で異なる電池パックに取り換えられてしまうと、その電池パックは前に接続された電池パックの情報が引き継がれてしまい、満充電にならないで充電が終了してしまう不具合が生じてしまう。そのため、本実施の形態では、充電開始前（切り替得られる都度）に必ず電池パックの種別を判別することで確実に充電を終了することができる。
(5) マイコン９０は、第１モード（同時充電モード）において、複数の電池パックの各々の残容量を基に充電対象電池パックの切り替えを判断することで、互いに定格電圧の異なる複数の電池パックが接続された場合にも、充電対象電池パックの切替を適切に行うことができる。また、高温状態の電池パックが接続された場合には、高温状態が解除するまで他の電池パックを充電するため、複数の電池パックを効率良く充電することができる。

Claims (9)

  1. 複数の電池パック接続部と、
    各電池パック接続部に接続された電池パックを充電する充電回路と、
    前記充電回路からの充電電流供給先となる電池パック接続部を選択する選択手段と、
    前記充電回路及び前記選択手段を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、複数の電池パック接続部に電池パックが接続された場合の制御モードとして、第１モードと第２モードを択一的に実行可能であり、
    前記第１モードでは、充電対象電池パックを満充電になる前に切り替えながら順次充電し、前記第２モードでは、充電対象電池パックを満充電にしてから切り替えて充電し、
    前記制御部は、切替の度に、充電対象電池パックの種別又は状態を検出する、充電装置。
  2. 前記複数の電池パック接続部は、第１の電池パックが接続される第１の電池パック接続部と第２の電池パックが接続される第２の電池パック接続部を有し、
    前記第１モードでは、前記第１の電池パックの充電を開始して前記第１の電池パックが満充電になる前に前記第１の電池パックの充電を停止して前記第２の電池パックの充電を開始するよう、充電する電池パックを切り替えながら順次充電する、請求項１に記載の充電装置。
  3. 前記制御部は、前記第１モードにおいて、互いに残容量が異なる複数の電池パックを充電する場合に、充電対象電池パックの残容量が他の少なくとも１つの電池パックの残容量よりも高いときは、充電を行わずに充電対象電池パックを切り替える、請求項１又は２に記載の充電装置。
  4. 前記制御部は、前記第１モードにおいて、各電池パックの現在の出力電圧と満充電時の出力電圧との関係から各電池パックの残容量を導出し、複数の電池パックの残容量を揃えながら前記残容量を段階的に高める、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電装置。
  5. 前記制御部は、充電対象電池パックの異常を検出したときは、充電を行わずに充電対象電池パックを切り替える、請求項１から４のいずれか一項に記載の充電装置。
  6. 前記第２モードでは、前記第１の電池パックの充電を開始して前記第１の電池パックが満充電になったら前記第２の電池パックの充電を開始するよう、充電する電池パックを切り替える、請求項２に記載の充電装置。
  7. 前記制御部の制御モードを第１及び第２モードの間で手動で切り替えるモード切替部を備える、請求項６に記載の充電装置。
  8. 制御部は、前記第１又は２モードにおいて、前記第１の電池パックが高温の場合には、前記第１の電池パックを充電せずに前記第２の電池パックの充電を開始する、請求項６又は７に記載の充電装置。
  9. 制御部は、前記第１の電池パックの高温状態が解消した場合には、前記第２の電池パックの充電後に前記第１の電池パックの充電を開始する、請求項８に記載の充電装置。
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