WO2014051084A1

WO2014051084A1 - 充電装置

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Publication number: WO2014051084A1
Application number: PCT/JP2013/076353
Authority: WO
Inventors: 荒舘　卓央; 由季堀江
Original assignee: 日立工機株式会社
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-04-03
Also published as: JPWO2014051084A1; CN104584375A; US20150236536A1; AU2013320953A1; EP2903127A1; EP2903127A4

Abstract

　電動工具に用いられる二次電池を充電する充電手段（８０、９０）と、充電手段を制御する制御手段（１４０）とを有する充電装置（１００）。制御手段は、複数の電池セルで構成される二次電池の各電池セル（１１）の定格充電電圧を示す定格充電電圧情報を取得し、定格充電電圧情報に基づいて二次電池の目標電圧を設定し、二次電池が目標電圧となるように充電手段を制御する。

Description

充電装置

　本発明は電動工具に用いる二次電池を充電する充電装置に関する。

　従来、電動工具に用いる電池パックを充電する充電装置が知られている。電池パックは複数のリチウムイオン電池等の電池セルで構成されている。充電装置の定電圧電源回路は、リチウムイオン電池等の電池セルの定格充電電圧に対応するように所定の電圧値を目標に電池パックを充電する。

特開２００８－１８７７９０号公報

　現在、電池セルの主流となっているリチウムイオン電池セルは、様々な定格充電電圧のものがある。例えば、３．６Ｖ系リチウムイオン電池セルでは、定格充電電圧は４．２Ｖ、４．３５Ｖなどである。今後、電池セルとして、様々な電池種別のものが実用化され、また、定格充電電圧も様々な値を有するものが製造されると予想される。また、上述したリチウムイオン電池セルにおいても、これまでの経緯を鑑みれば、より高い定格充電電圧仕様の電池セルが見込まれる。しかしながら、上記の従来の充電装置では、想定した電池セルの定格充電電圧のみに好適に対応するように定電圧電源回路が構成されているため、想定した電池セルとは異なる定格充電電圧の電池セルに対し、最適な条件で充電を行うことができないという問題があった。

　斯かる実情に鑑み、本発明は、二次電池の電池セルの定格充電電圧が異なった場合であっても、該二次電池に好適な条件で充電可能な充電装置を提供しようとするものである。

　上記目的を達成するために、本発明は、電動工具に用いられる二次電池を充電する充電手段と、前記充電手段を制御する制御手段とを有する充電装置であって、前記制御手段は、複数の電池セルで構成される前記二次電池の各電池セルの定格充電電圧を示す定格充電電圧情報を取得し、前記定格充電電圧情報に基づいて前記二次電池の目標電圧を設定し、記二次電池が前記目標電圧となるように前記充電手段を制御することを特徴とする充電装置を提供している。

　上記の充電装置によれば、充電対象となる二次電池の電池セルの規格に適した充電を行うことができる。

　また、前記制御手段は、互いに異なる複数の二次電池に対応した互いに異なる複数の目標電圧から、充電対象である前記二次電池に対応した１つの目標電圧を設定することが可能であることが好ましい。このような充電装置によれば、電池セルの規格が複数存在しても、複数の目標電圧のうちから、充電対象となる二次電池に適した充電を行うことができる。

　また、前記充電手段は、前記二次電池が第１の目標電圧となるように充電を行う電圧制御手段を有し、前記制御手段は、前記第１の目標電圧と、前記第１の目標電圧より大きい第２の目標電圧とのいずれかに前記目標電圧を設定することが可能であり、前記制御手段は、前記二次電池を前記第２の目標電圧となるように前記充電手段を制御するときに、前記第１の目標電圧と前記第２の目標電圧との差分電圧を制御することが好ましい。

　上記の充電装置によれば、第１の目標電圧を充電するときに、電圧制御手段を用いることで二次電池が第１の目標電圧となるように精度よく充電を行うことが可能になる。また、第２の目標電圧を充電するときには、第１の目標電圧と第２の目標電圧との差分電圧を制御するため、二次電池が第２の目標電圧となるように精度よく充電を行うことが可能になる。

　また、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段をさらに有し、第２の目標電圧となるように前記充電手段を制御するときに、前記制御手段は、電圧制御手段を用いて前記二次電池を第１の目標電圧となるように充電し、その後、電圧検出手段が検出した二次電池の電圧値に基づいて前記差分電圧を制御し、前記二次電池が第２の目標電圧となるように制御することが好ましい。

　上記の充電装置によれば、二次電池が第２の目標電圧となるように充電するときに、まず、電圧制御手段を用いて第１の目標電圧になるように二次電池を充電している。このため、第１の目標電圧に二次電池を精度よく充電できる。その後、電圧検出手段が検出した二次電池の電圧値を元に差分電圧を制御して二次電池が第２の目標電圧となるように制御するため、第１の目標電圧から第２の目標電圧までも精度よく充電を行うことができる。

　また、前記二次電池に充電する充電電流が定電流となるように制御する充電電流制御手段をさらに有し、制御手段は、前記充電電流制御手段を用いて、前記定電流の電流値を段階的に降下させて前記二次電池を前記第２の目標電圧となるように制御することが好ましい。このような構成によれば、二次電池を第２の目標電圧まで確実に充電することができる。

　また、前記制御手段は、前記二次電池のセル数を示すセル数情報をさらに取得し、前記セル数情報及び前記定格充電電圧情報に基づいて前記第１及び第２の目標電圧を設定することが好ましい。このような構成によれば、セル数が異なる様々な二次電池の充電を適切に行うことができる。

　さらに、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段をさらに有し、前記充電手段は、前記二次電池を充電する充電電流を定電流とする電流制御手段と、前記目標電圧よりも低い所定の電圧に前記二次電池を充電する電圧制御手段とを有し、前記制御手段は、前記電圧制御手段によって充電された前記二次電池の電圧が前記所定の電圧に達したときに、前記電圧検出手段によって検出される前記二次電圧の電圧と前記目標電圧と差分電圧を演算し、その後、前記電流制御手段によって前記二次電池に前記定電流を流して前記二次電池を目標電圧までに充電する動作を、前記定電流を段階的に減少させて繰り返すことが好ましい。

　上記構成によって、所定の電圧を基準にして目標電圧まで二次電池を充電することができるので、充電対象となる二次電池を確実に目標電圧まで充電することができる。

　本発明の充電装置によれば、充電対象となる二次電池の電池セルの規格に適した充電を行うことができる。

図１は、本実施の形態の充電システムの電気的構成を示す回路図である。図２は、本実施の形態の電池パックの充電方法を示すフローチャートである。図３は、図２に記載の充電制御１の詳細を示すフローチャートである。図４は、図２に記載の充電制御２の詳細を示すフローチャートである。図５は、図４に記載の充電制御２における電池電圧と充電電流の時間変化を示したグラフである。図６は、本発明の変形例の電圧制御・設定回路およびポテンショメータの回路構成を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

　図１に、本発明に係る充電システム１を示す。充電システム１は、電池パック１０と、電池パック１０を充電する充電装置１００とからなる。電池パック１０は充電装置１００に着脱可能である。電池パック１０は電動工具に用いられる。

　電池パック１０は、本体内に、二次電池としての電池組１１と、保護ＩＣ１２と、スイッチングＩＣ１３と、温度検知素子１４と、電池種判別素子１５と、電池側マイコン１６と、過充電信号入力部１７とを備えている。

　電池組１１は、例えば、複数のリチウムイオン電池セルからなる。電池組１１が複数個の電池セルから構成される場合、所定個数の電池セル、あるいは並列接続された電池セルの所定個数が直列に接続される。

　保護ＩＣ１２は、電池セルの電圧を監視し、電池セルの少なくとも１つに過電圧などの通常と異なる状態が発生したと判断した場合に、過充電信号を出力する。

　電池種判別素子１５は、電池組１１を構成する電池セルのセル数、その接続形態、及び電池セルの定格充電電圧に応じた固有の抵抗値を有する抵抗素子からなる。電池種判別素子１５は、電池パック１０が充電装置１００に装着されると、その一端が端子Ｔ４を介して充電装置１００に電気的に接続されて、充電装置１００と電気的な回路を形成する。ここで、定格充電電圧とは、電池セルを充電するときに電池セルの両極間に生じる電位差である。

　温度検知素子１４は、サーミスタからなり、電池組１１に接触又は近接して配置されており、電池パック１０内の電池温度に応じて抵抗値が変化する。サーミスタ１４は、電池パック１０が充電装置１００に装着されると、その一端が端子Ｔ３を介して充電装置１００に接続されて、充電装置１００と電気的な回路を形成する。

　スイッチングＩＣ１３は、充電装置１００から供給される５Ｖの電圧を電池側マイコン１６に供給する。

　次に、充電装置１００について説明する。充電装置１００は、１次側整流回路２０と、メイン電源回路３０と、トランス４０と、２次側整流回路５０と、電流制御・設定回路６０と、電池電圧検出回路７０と、電圧制御・設定回路８０と、フィードバック切替回路９０と、定電圧電源回路１１０と、電池種判別回路１２０と、電池温度・過電流検出回路１３０と、装置側マイコン１４０と、表示手段１５０と、を備えている。

　１次側整流回路２０は、交流電源２１から供給される交流電力を整流して出力する。

　メイン電源回路３０は、スイッチングＩＣ３１と、ＦＥＴ３２と、ラッチ回路３３と、を備えている。メイン電源回路３０では、スイッチングＩＣ３１及びＦＥＴ３２によるＰＷＭ制御により、トランス４０の１次側への出力電力を調整する。ラッチ回路３３は、カプラ３４を介して装置側マイコン１４０から出力される信号により、電池パック１０の充電を強制的に終了させる。

　２次側整流回路５０は、トランス４０の２次側から出力されたパルス電力を整流して電池パック１０に供給する。

　電流制御・設定回路６０は、装置側マイコン１４０からの信号に応じて電池パック１０の充電電流を設定して、電池パック１０に流れる充電電流を検出すると共に、検出した充電電流に基づき対応する信号をフィードバック切替回路９０に出力する。

　電池電圧検出回路７０は、直列に接続された２つの抵抗器からなり、抵抗器の分圧値より電池パック１０の電圧を検出する。マイコン１４０は、電池電圧検出回路７０の示す電圧値をＡＤ変換して、充電電圧を示す値を取得する。

　電圧制御・設定回路８０は、ポテンショメータ８１と共に、電池パック１０の充電電圧を制御する。電圧制御・設定回路８０は、電池パック１０が所定の第１の電圧値に満充電されるように充電を制御する。第１の電圧値は、特定の種類の電池パック１０以下の所定の電圧、例えば、電池パック１０の定格充電電圧から１パーセント弱小さい値として設定される。本実施の形態では、電池パック１０の例示として、１つの電池セルの定格充電電圧が４．２Ｖであって１０個の電池セルが直列に接続された電池パック１０Ａを設定する。４．２Ｖの電池セルが１０個直列に接続されているため、電池パック１０Ａの全体での定格充電電圧は４２Ｖになる。従って、例えば、定格充電電圧から１パーセント弱小さい値として、第１の電圧値を４１．７Ｖとして目標電圧に設定して、ポテンショメータ８１の抵抗値を設定している。言い換えれば、ポテンショメータ８１は、電池パック１０Ａの定格充電電圧に対応するように設定されている。なお、第１の電圧値を電池パック１０Ａの定格充電電圧より小さく設定したことは、定格充電電圧よりも大きな電圧で充電がされた場合に電池パック１０が過充電になることを防止する手段の一例として採用したにすぎない。ポテンショメータ８１の抵抗値によっては、定格充電電圧を含めそれ以下の任意の電圧を目標電圧として設定することが可能である。

　フィードバック切替回路９０は、電流制御設定回路６０と電圧制御・設定回路８０との出力信号に基づき、電池パック１０の充電電圧及び充電電流を目標値とするように、メイン電源３０にカプラ９１を介して信号を出力する。

　定電圧電源回路１１０は、補助電源１１１と、トランス１１２と、電源１１３、１１４と、ファン１１５と、レギュレータ１１６とを備えており、１次側整流回路２０から出力される電圧から直流電圧Ｖｃｃを生成し、装置側マイコン１４０へ供給する。定電圧電源回路１１０は、装置側マイコン１４０からのカプラ１１７を介して送られてくる信号により、動作を停止する。

　電池種判別回路１２０は、所定の抵抗値を有する抵抗素子１２１を有する。

　充電装置１００に電池パック１０が装着されていない場合には、電池種判別回路１２０から装置側マイコン１４０に対して直流電圧Ｖｃｃが入力される。

　電池温度・過充電検出手段１３０は、サーミスタ１４の抵抗値に基づき電池パック１０の温度に対応した温度信号を装置側マイコン１４０に入力し、電池パック１０から過充電信号が出力される場合は、当該信号を装置側マイコン１４０に入力する。

　表示手段１５０は、ＬＥＤからなり、装置側マイコン１４０に接続されている。表示手段１５０は、電池パックの未装着、充電中、又は充電終了の状態をＬＥＤの発光色を変えることによって表示する。

　装置側マイコン１４０は、電池種判別回路１２０から入力される電圧値に基づいて、電池判別素子１５の抵抗値を特定し、電池パック１０における電池セルの種類、電池セルの定格充電電圧、電池セルの個数、及び、電池セルの接続形態を判断して、メイン電源回路３０に対して充電開始信号を出力する。具体的には、充電装置１００は、電池判別素子１５の抵抗値と、電池セルの種類、電池セルの定格充電電圧、電池セルの個数、及び、電池セルの接続形態との対応関係を予め複数メモリに記憶しておき、かかる対応関係と、特定した電池判別素子１５の抵抗値から電池セルの種類、電池セルの定格充電電圧、電池セルの個数、及び、電池セルの接続形態を判断する。

　装置側マイコン１４０は、電池温度・過電流検出回路１３０により、電池パック１０の充電異常を検知した場合は、電池パック１０の充電を強制的に停止させる。

　さらに、充電装置１００は、装着された電池パック１０への電力供給のオン・オフを切り換えるスイッチ回路１６０を備える。

　次に、充電システム１による電池パック１０の充電について説明する。本実施の形態の充電装置１００は、複数種類の電池パック１０の充電が可能である。具体的には、所定の定格充電電圧の電池パック１０、例えば、上述の定格充電電圧が４２Ｖの電池パック１０Ａの充電が可能であると共に、定格充電電圧が４２Ｖよりも高い所定値を有する電池パック１０の充電も可能である。例えば、定格充電電圧が４２Ｖよりも高い電池パック１０として、充電装置１００は、１セルあたりの定格充電電圧が４．３５Ｖの電池セルが１０個直列に接続され、定格充電電圧が４３．５Ｖである電池パック１０Ｂの充電も可能である。

　図２は電池パック１０の充電方法を示すフローチャートである。Ｓ１において、マイコン１４０は電池種判別回路１２０から入力される電圧値に基づいて、電池判別素子１５の抵抗値を特定し、電池パック１０の電池セルのセル数、電池セルの定格充電電圧、および電池セルの接続形態を特定する。Ｓ３において、電池パック１０の定格充電電圧がポテンショメータ８１に対応する定格充電電圧（４２Ｖ）であるかを判断する。Ｓ３において、電池パック１０の定格充電電圧がポテンショメータ８１に対応する定格充電電圧であると判定された場合、即ち、マイコン１４０は、電池パック１０Ａが充電装置１００に装着されていると判断した場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｓ５において充電制御１を行う。一方、Ｓ３において、電池パック１０の定格充電電圧がポテンショメータ８１に対応する定格充電電圧でないと判定された場合には（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ７において充電制御２を行う。Ｓ５、またはＳ７の充電制御が終了したら処理を終了する。

　図３は、Ｓ５における充電制御１の詳細を示すフローチャートである。充電制御１では、電池パック１０Ａの充電を第１の電圧値、例えば、４１．７Ｖを目標電圧として行う。ここで、目標電圧とは、上述したとおり、充電装置１００が充電を終了するときの電池パック１０の電圧値である。Ｓ１１において、マイコン１４０は、電流制御・設定回路６０を制御して充電電流を所定の電流値（例えば３Ａ）に設定し、定電流充電を開始する。Ｓ１３において、マイコン１４０は、電圧検出回路７０が検出する電池パック１０の電圧値が第１の電圧値（４１．７Ｖ）であるか否かを判定する。Ｓ１３において、電池パック１０の電圧値が第１の電圧値でない間（Ｓ１３：ＮＯ）は、マイコン１４０は定電流充電を実行したままＳ１３の判定を繰り返す。Ｓ１３において、電池パック１０の電圧値が第１の電圧値であると判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、Ｓ１５において、マイコン１４０は、電圧制御・設定回路８０を用いて、第１の電圧値（４１．７Ｖ）において定電圧充電を開始する。定電圧での充電を開始すると、充電電流が次第に減少する。

　Ｓ１７において、マイコン１４０は、充電電流が所定の電流値（例えば１Ａ）まで低下したかどうかを判定する。Ｓ１７において、充電電流が所定値（１Ａ）まで低下していないと判定されている間（Ｓ１７：ＮＯ）は、マイコン１４０は、定電圧充電を実行したまま、Ｓ１７の判定を繰り返す。Ｓ１７において、充電電流が所定値（１Ａ）まで低下したと判定されたら（Ｓ１７：ＹＥＳ）、電池パック１０Ａは満充電されたとして充電を終了する。

　図４は、Ｓ７における充電制御２の詳細を示したフローチャートである。充電制御２では、電池パック１０Ｂが装着された場合の充電について説明する。Ｓ２１において、マイコン１４０は目標電圧の設定を行う。電池パック１０Ｂの一例としては、例えば４．３５Ｖの定格充電電圧の電池セルが１０個直列に接続され、定格充電電圧は４３．５Ｖである。マイコン１４０は、かかる定格充電電圧４３．５Ｖに対する所定の目標電圧、ここでは、若干低い電圧として１パーセント弱低い電圧である４３．２Ｖ（以下、第２の電圧値とする）を目標電圧として設定する。また、変数ｉを０に初期化する。Ｓ２３において、マイコン１４０は、電流制御・設定回路６０の充電電流を所定の電流値（３Ａ）に設定して、定電流充電を開始する。Ｓ２５において、マイコン１４０は、電圧検出回路７０が検出する電池パック１０Ｂの電圧値が第１の電圧値（４１．７Ｖ）であるか否かを判定する。Ｓ２５において、電池パック１０Ｂの電圧値が第１の電圧値でないと判定する間（Ｓ２５：ＮＯ）は、マイコン１４０は、定電流充電を実行したままＳ２５の判定を繰り返す。Ｓ２５において、電池パック１０Ｂの電圧値が第１の電圧値であると判定された場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）には、Ｓ２７において、マイコン１４０は、電圧制御・設定回路８０を用いて、第１の電圧値（４１．７Ｖ）において定電圧充電を開始する。

　次に、Ｓ２９において、マイコン１４０は、電流制御設定回路６０によって検出される充電電流が所定の電流値（例えば１Ａ）になったかどうかを判定する。Ｓ２９において、充電電流が所定の電流値ではないと判定されている間は、マイコン１４０は定電圧充電を実行したまま、Ｓ２９の判定を繰り返す。Ｓ２９において、充電電流が所定の電流値になったと判定されたら、Ｓ３１に進む。

　Ｓ３１において、マイコン１４０は、現在の電圧値に対応するデジタル値、詳細には、充電電流値が所定の電流値（１Ａ）の時に電圧検出回路７０によって検出された電池パック１０Ｂの電圧を、変数Ａ（単位：ｂｉｔ）のデジタル値としてメモリに格納する。また、マイコン１４０は、電池パック１０Ｂの目標電圧である第２の電圧値を、目標値Ｔ（ｂｉｔ）のデジタル値としてメモリに格納する。（Ｔｂｉｔ－Ａｂｉｔ）は、第２の電圧値（４３．２Ｖ）と第１の電圧値（４１．７Ｖ）との差分として、Ｘ（ｂｉｔ）と設定する。Ｘｂｉｔは、第２の電圧値（４３．２Ｖ）と第１の電圧値（４１．７Ｖ）との差分である１．５Ｖの電位差に対応するデジタル値である。マイコン１４０は、電圧検出回路７０によって検出される電圧値をＡＤ変換する際に用いられる電圧値と対応するデジタル値との間の所定の関係を用いてＸｂｉｔを計算する。本実施の形態において、例えば、１Ｖの電圧幅に対応するデジタル値を６とすれば、１．５Ｖの電位差に対応するＸｂｉｔは値９になる。尚、Ｘｂｉｔの値は、予め電池パックの種類（電池種判別素子１５の抵抗値）に対応してマイコン１４０のメモリに複数個保存されている。従って、マイコン１４０は、保存されている複数個のＸｂｉｔの値から、電池パック１０の種類（電池種判別素子１５の抵抗値）に応じて１つを選択するようにしてもよい。

　電圧検出回路７０は、抵抗器より構成されている。抵抗器は、誤差を無視することができず、例えば、±１パーセント程度の誤差を有するため、電圧検出回路７０が検出する電圧値には、全体電圧の±１パーセント程度の誤差が存在する。一方、電圧制御・設定回路８０は、所定の電圧値、例えば、第１の電圧値である４１．７Ｖの電池パック１０を十分に高い精度（実用上無視できる程度の十分小さい誤差）で実行可能である。例えば、誤差を考慮しないときに、電流制御設定回路６０によって検出される充電電流値が１Ａのとき、電圧検出回路７０にて検出される電圧値が「５００」のデジタル値に対応するように設定する。即ち、充電装置１００は、電池パック１０の電圧値が４１．７Ｖのときに、電圧検出回路７０によって検出される充電電圧値が「５００」のデジタル値に対応するように電圧値とデジタル値とが設定されていると仮定する。

　しかしながら、実際には、電圧検出回路７０の抵抗器の誤差やマイコンの分解能などにより、電池パック１０の実際の電圧値が正確に４１．７Ｖであったとしても、電圧検出回路７０によって検出される電圧値に対応するデジタル値は、誤差により、「５００」からずれた、例えば、「５０５」の値を示すことがある。言い換えれば、デジタル値は、かかる誤差を含有した相対値であり、本実施の形態では、「５０５」のデジタル値が電池パック１０Ｂの電圧値４１．７Ｖと現実に対応する。この場合、第２の電圧値（４３．２Ｖ）に対応するデジタル値の目標値Ｔｂｉｔは、「５１４」（＝４１．７Ｖの相対値「５０５」と、１．５Ｖの電位差に対応するデジタル値「９」の和）になる。

　次に、Ｓ３３において、マイコン１４０は、充電電流を（３－ｉ）Ａに設定して、（３－ｉ）Ａでの定電流充電を開始する。上述のように、ｉは初期値が０のため、１回目にＳ３３を実行した場合には、３Ａでの定電流充電が行われる。Ｓ３５において、マイコン１４０は、電圧検出回路７０にて検出される電池パック１０Ｂの電圧値が、目標値である第２の電圧値（４３．２Ｖ）に対応するデジタル値（５１４）に達したかどうかを判定する。Ｓ３５の判定は、電池パック１０Ｂの電圧値が第２の電圧値（４３．２Ｖ）に対応するデジタル値になる（Ｓ３５：ＹＥＳ）まで繰り返される。Ｓ３５において、電池パック１０Ｂの電圧値が第２の電圧値（４３．２Ｖ）に対応するデジタル値になったと判定されるとき（Ｓ３５：ＹＥＳ）は、Ｓ３７において、マイコン１４０は変数ｉが２であるかどうか、即ち、所定の電流値１Ａ（＝３－２）での定電流充電が行われたかどうかを判定する。Ｓ３７において、所定の電流値１Ａでの定電流充電が行われていないと判定するとき（Ｓ３７：ＮＯ）は、Ｓ３９において変数ｉの値を１増加させ、Ｓ３３からの処理を繰り返す。

　一方、Ｓ３７において、１Ａでの定電流充電が行われたと判定するとき（Ｓ３７：ＹＥＳ）は、マイコン１４０は、電池パック１０Ｂが第２の電圧値に充電された、すなわち、満充電されたと判断して、充電制御処理２を終了する。

　図５は、充電制御２によって電池パック１０Ｂが充電される際の電池電圧と、充電電流との時間変化を示したグラフである。区間Ｉは、Ｓ２３で開始される第１の所定電流値（３Ａ）での定電流制御に対応し、区間ＩＩは、Ｓ２７で開始される第１の電圧値（４１．７Ｖ）の定電圧制御に対応する。また、区間ＩＩＩは、Ｓ３３で開始される段階的定電流制御に対応し、区間ＩＩＩＡ、ＩＩＩＢ、ＩＩＩＣは、それぞれ、所定の充電定電流が、３段階（３Ａ、２Ａ、１Ａ）に対応している。区間ＩＩが終了した段階で、正確に第１の電圧値（４１．７Ｖ）までの充電が終了する。第１の電圧値（４１．７Ｖ）から目標電圧（４２．３Ｖ）までの差分電圧（１．５Ｖ）の充電（区間ＩＩＩ）は、電池パック１０Ａの目標電圧値である第１の電圧値（４１．７Ｖ）を基準として定電流制御を行いつつ、第１の電圧値（４１．７Ｖ）に対応するデジタル値５０５を基準として、電池パック１０Ｂの満充電に対応する第２の電圧値であるＴｂｉｔ（デジタル値：５１４）に達したか否かを判定している。このため、電圧検出器７０を構成する抵抗器が仮に±１パーセント程度の誤差を有していたとしても、差分電圧（１．５Ｖ）に対し当該±１パーセントの誤差が生じるにすぎない。ここで、差分電圧１．５Ｖに対する±１パーセント程度の誤差は、全体電圧に対し十分に小さい値であるから、正確に制御された基準電圧４１．７Ｖからの差分電圧の検出誤差を考慮した場合であっても、実用上、十分な程度に高い精度で第２の電圧値である４３．２Ｖの電圧に、電池パック１０Ｂを充電することが可能となる。ここで、区間ＩＩＩでは、必須の構成ではないが、定電流制御の電流値を段階的に下げて充電を行う方法を例示している。当該方法は、確実に４３．２Ｖまでの充電を行うことができる点でより好適である。

　以上の充電装置１００の充電処理では、電池パック１０の電池セルの定格充電電圧を示す情報である電池判別素子１５の抵抗値を取得し、かかる情報に基づいて電池パック１０の目標電圧を設定し、電池パック１０を充電している。このため、電池パック１０の種類に応じて適切な充電を行うことができる。

　また、充電制御１は電池パック１０Ａを充電するものとして説明した。しかし、充電制御１は、電池パック１０の定格充電電圧が電池パック１０Ａと同じであれば電池パック１０Ａと異なる構成の電池パック１０も充電可能である。同様に、充電制御２は、電池パック１０の定格充電電圧が同じであれば電池パック１０Ｂと異なる構成の電池パック１０も充電可能である。

　充電制御２は、目標電圧が４３．２Ｖの場合を例として説明したが、目標電圧が第１の電圧値である基準電圧（４１．７Ｖ）以上であれば、任意の目標電圧を設定可能である。例えば、電池パック１０Ｃの定格充電電圧が４５Ｖであれば、Ｓ２１において目標電圧を定格充電電圧以下の所定値として１パーセント弱低い４４．７Ｖに設定し、Ｓ３５において、差分電圧３Ｖ（＝４４．７－４１．７Ｖ）に対応したデジタル値１８をＸｂｉｔとして設定して電池パック１０を充電すればよい。このため、１つの充電装置１００で複数種類の電池パック１０を精度よく充電することができる。

　また、充電制御２では、差分電圧に基づいた充電を行っている。一般に、リチウムイオン電池では、電池パック１０の充電電圧（より詳細には各電池セルに対する充電電圧）に高い精度が求められる傾向にある。定格充電電圧に対し充電電圧が小さい場合は、電池容量に対する充電量が不十分となる。また仮に、定格充電電圧に対し充電電圧が高い場合には、過充電状態により電池寿命を著しく短命化させる傾向がある。本実施の形態では、第１の電圧値である基準電圧（４１．７Ｖ）までの充電は、電圧制御・設定回路８０を用いて高い精度で行い、基準電圧（４１．７Ｖ）から第２の電圧値である目標電圧（４３．２Ｖ）までの差分電圧を、電圧検出回路７０が検出する電池パックの電圧値に基づいて制御している。このため、全体電圧を電圧検出回路７０が検出し制御を行う従来技術に対し、極めて精度よく目標電圧（４３．２Ｖ）の充電を行うことができる。

　本発明による充電装置１００は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

　例えば、上記実施の形態では、電圧制御・設定回路８０は、第１の電圧値である基準電圧を規定する１つのポテンショメータ８１と接続されているが、複数のポテンショメータ８１を設けておき、電圧制御・設定回路８０は、目標電圧に応じて、複数の基準電圧に対応するポテンショメータのうちの何れかと接続可能にしてもよい。

　例えば、図６に示されるように、２つのポテンショメータ８１Ａ、８１Ｂを設けてもよい。一方のポテンショメータ８１Ａは、４２．０Ｖの定格充電電圧の電池パック１０Ａに対応した基準電圧値（４１．７Ｖ）での定電圧制御が可能なように設定されている。他方のポテンショメータ８１Ｂは、１６．８Ｖの定格充電電圧の電池パック１０Ｃに対応した基準電圧値（例えば１６．６Ｖ）での定電圧制御が可能なように設定されている。ここで、１６．８Ｖの定格充電電圧の電池パック１０Ｃの一例は、定格出力電圧が１４．４Ｖであり、４．２Ｖの定格充電電圧の電池セルが４つ直列に接続されている。マイコン１４０は、電池判別素子１５の抵抗値を特定し、電池パック１０Ａが装着されていると特定したときには、電圧制御・設定回路８０をポテンショメータ８１Ａと接続させ、４１．７Ｖを基準電圧とした充電を行う。詳細には、充電制御１と同じ充電処理を行う。一方、電池パック１０Ｃが装着されていると特定したときには、マイコン１４０は、電圧制御・設定回路８０をポテンショメータ８１Ｂと接続させ、１６．６Ｖを基準電圧とした充電を行う。詳細には上述した充電制御１（図２）において基準電圧を１６．６Ｖと読み替えて同様の充電処理を行う。

　さらに、定格充電電圧が例えば２１．０Ｖの電池パック１０Ｄが装着されている場合には、マイコン１４０は、電池パック１０Ｄの定格充電電圧はポテンショメータ８１Ａ、８１Ｂにそれぞれ対応する定格充電電圧である４２．０Ｖと１６．８Ｖとの何れにも一致しないと判断する。そして、マイコン１４０は、電池パック１０Ｄの定格充電電圧２１Ｖより低く、かつ、最も近接した定格充電電圧である１６．８Ｖに対応したポテンショメータ８１Ｂを選択し、電圧制御・設定回路８０をポテンショメータ８１Ｂと接続させる。尚、定格充電電圧が２１．０Ｖの電池パック１０Ｄは、定格出力電圧が１８Ｖであり、４．２Ｖの定格充電電圧の電池セルが５つ直列に接続されている。さらに、マイコン１４０は、電池パック１０Ｄの定格充電電圧２１．０Ｖより１パーセント弱低い２０．８Ｖを目標電圧に設定する。以降の充電処理は上述した充電制御２で説明したものと同様であるが、Ｓ２１の目標電圧が２０．８Ｖであり、Ｓ２５で判定する電圧が１６．６Ｖであり、Ｘｂｉｔは電圧差４．２Ｖ（＝２０．８－１６．６Ｖ）に対応する値が設定される点が異なる。

　尚、図６の例ではポテンショメータ８１が２つ設けられた例を示したが、３つ以上のポテンショメータ８１が設けられていてもよい。このとき、装着されている電池パック１０の定格充電電圧に一致するポテンショメータ８１が存在しないときには、マイコン１４０は、ポテンショメータ８１が対応する定格充電電圧の内、電池パック１０の定格充電電圧より低い定格充電電圧であって、かつ、電池パック１０の定格充電電圧に最も近い値の定格充電電圧を選択し、選択した定格充電電圧に対応するポテンショメータ８１を選択し、電圧制御・設定回路８０と接続させる。

　このように複数のポテンショメータ８１を設けることで、目標電圧の電圧差が大きい異なった種類の電池パックを充電するときであっても、精度よく電池パック１０の充電を行うことができる。上述のように、電池パック１０Ａは電池セルが１０個直列に接続され、電池パック１０Ｃは電池セルが４個直列に接続されている。このように、複数の電池パックにおいて、直列に接続された電池セルの数の差が大きくなると、定格充電電圧の差が大きくなる可能性が高いが、このような場合においても適切に、精度良く各電池パックを充電することができる。

　尚、複数のポテンショメータ８１を設ける代わりに、電圧制御・設定回路８０がポテンショメータ８１の抵抗値を電池パック１０の種類に応じて自動的に変更するようにしてもよい。

　また、本実施の形態では、区間ＩＩＩ（図５）において、１Ａごとに電流値を下げて定電流制御を行っていた。この電流値の降下幅は１Ａに限定されない。例えば、０．５Ａごとに電流値を下げてもよく、また、降下幅を段階的に大きく、又は、小さくする制御であってもよい。

　本発明の充電装置は、電動工具に用いられる電池パックの充電に利用することができる。

１　充電システム
１０（１０Ａ～１０Ｄ）　電池パック
６０　電流制御・設定回路
８０　電圧制御・制御設定回路
８１　ポテンショメータ
１００　充電装置
１４０　マイコン

Claims

　電動工具に用いられる二次電池を充電する充電手段と、
　前記充電手段を制御する制御手段と
を有する充電装置であって、
　前記制御手段は、複数の電池セルで構成される前記二次電池の各電池セルの定格充電電圧を示す定格充電電圧情報を取得し、前記定格充電電圧情報に基づいて前記二次電池の目標電圧を設定し、前記二次電池が前記目標電圧となるように前記充電手段を制御することを特徴とする充電装置。
　前記制御手段は、互いに異なる複数の二次電池に対応した互いに異なる複数の目標電圧から、充電対象である二次電池に対応した１つの目標電圧を設定することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
　前記充電手段は、前記二次電池が第１の目標電圧となるように充電を行う電圧制御手段を有し、
　前記制御手段は、前記第１の目標電圧と、前記第１の目標電圧より大きい第２の目標電圧とのいずれかに前記目標電圧を設定することが可能であり、
　前記制御手段は、前記二次電池を前記第２の目標電圧となるように前記充電手段を制御するときに、前記第１の目標電圧と前記第２の目標電圧との差分電圧を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の充電装置。
　前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段をさらに有し、
　第２の目標電圧となるように前記充電手段を制御するときに、前記制御手段は、前記電圧制御手段を用いて前記二次電池を第１の目標電圧となるように充電し、その後、前記電圧検出手段が検出した二次電池の電圧値に基づいて前記差分電圧を制御し、前記二次電池が前記第２の目標電圧となるように制御することを特徴とする請求項３に記載の充電装置。
　前記二次電池を充電する充電電流が定電流となるように制御する充電電流制御手段をさらに有し、　
　制御手段は、前記充電電流制御手段を用いて、前記定電流の電流値を段階的に降下させて前記二次電池を前記第２の目標電圧となるように制御することを特徴とする請求項３または４に記載の充電装置。
　前記制御手段は、前記二次電池のセル数を示すセル数情報をさらに取得し、前記セル数情報及び前記定格充電電圧情報に基づいて前記目標電圧を設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の充電装置。
　前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段をさらに有し、
　前記充電手段は、
　　前記二次電池を充電する充電電流を定電流とする電流制御手段と、
　　前記目標電圧よりも低い所定の電圧に前記二次電池を充電する電圧制御手段と
　を有し、
　前記制御手段は、前記電圧制御手段によって充電された前記二次電池の電圧が前記所定の電圧に達したときに、前記電圧検出手段によって検出される前記二次電圧の電圧と前記目標電圧と差分電圧を演算し、その後、前記電流制御手段によって前記二次電池に前記定電流を流して前記二次電池を目標電圧までに充電する動作を、前記定電流を段階的に減少させて繰り返すことを特徴とする請求項１記載の充電装置。