(57)【要約】【課題】  過充電を確実に避けながらも待機中の二次電池の消耗が抑えられる充電制御装置を提供する。【解決手段】  いずれかの二次電池１１において電池電圧が目標電圧を上回っていれば充電器２に対して充電電流の減少を指示する充電制御信号を出力する充電量制御回路１４と、いずれかの二次電池１１において電池電圧が上限電圧を上回っていれば充電器２から二次電池１１への電路を遮断する保護回路１５とを備える。充電器２等が接続されていない期間にも保護回路１５を動作させることで過充電を確実に避けながらも、充電器２等が接続されていない期間には充電制御回路１４が動作しないことにより、充電制御回路１４を二次電池１１を電源として常時動作させる場合に比べ、待機中の二次電池１１の消耗が抑えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の二次電池に接続され、充電器と電池駆動装置とにそれぞれ着脱自在に接続される充電制御装置であって、
各二次電池についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ所定の目標電圧と比較し、いずれかの二次電池において電池電圧が目標電圧を上回っていれば充電器に対して充電電流の減少を指示する充電制御信号を出力する充電量制御回路と、
少なくとも充電器が接続されていない期間には二次電池を電源として動作し、各二次電池についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ目標電圧よりも高い所定の上限電圧と比較し、いずれかの二次電池において電池電圧が上限電圧を上回っていれば充電器から二次電池への電路を遮断する保護回路とを備え、
充電量制御回路は、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には動作しないことを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
保護回路は、少なくとも充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には間欠的に動作することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
【請求項３】
充電量制御回路は、少なくとも二次電池が充電されている期間には充電器から入力される制御トリガ信号であって充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には入力されない制御トリガ信号が入力されている期間のみ二次電池を電源として動作することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の充電制御装置。
【請求項４】
充電量制御回路の電源は充電器から供給されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の充電制御装置。
【請求項５】
各二次電池についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ目標電圧よりも低い所定の下限電圧と比較し、いずれかの二次電池において電池電圧が下限電圧を下回っていれば電池駆動装置に対し二次電池からの受電の停止を指示する放電制御信号を出力する過放電防止回路を備え、過放電防止回路は、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には動作しないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、少なくとも１個の二次電池に接続されるとともに、充電器と電池駆動装置とにそれぞれ着脱自在に接続され、充電器から二次電池への充電を制御する充電制御装置が提供されている。
【０００３】
この種の充電制御装置として、いずれかの二次電池において電池電圧が目標電圧を上回っていれば充電器に対して充電電流の減少を指示する充電制御信号を出力することで電池電圧を目標電圧とするように充電器を制御する充電量制御回路と、いずれかの二次電池において電池電圧が上限電圧を上回っていれば充電器から二次電池への電路を遮断することで過充電を防止する保護回路とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、充電量制御回路と保護回路とがそれぞれ電源を充電器から供給される構成とすると、充電器において上記の電源を生成する回路に故障が発生した場合には充電量制御回路や保護回路が動作せず過充電が発生してしまう。しかしながら、充電量制御回路と保護回路との両方を常時動作させると、二次電池を電源として用いる必要があるため、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない待機中の二次電池の消耗が激しくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、過充電を確実に避けながらも待機中の二次電池の消耗が抑えられる充電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、少なくとも１個の二次電池に接続され、充電器と電池駆動装置とにそれぞれ着脱自在に接続される充電制御装置であって、各二次電池についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ所定の目標電圧と比較し、いずれかの二次電池において電池電圧が目標電圧を上回っていれば充電器に対して充電電流の減少を指示する充電制御信号を出力する充電量制御回路と、少なくとも充電器が接続されていない期間には二次電池を電源として動作し、各二次電池についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ目標電圧よりも高い所定の上限電圧と比較し、いずれかの二次電池において電池電圧が上限電圧を上回っていれば充電器から二次電池への電路を遮断する保護回路とを備え、充電量制御回路は、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には動作しないことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、少なくとも充電器が接続されていない期間には保護回路が二次電池を電源として動作することで過充電を確実に避けながらも、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間（待機中）には充電量制御回路が動作しないことで、充電量制御回路が二次電池を電源として常時動作する場合に比べて待機中の二次電池の消耗が抑えられる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、保護回路は、少なくとも充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には間欠的に動作することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間にも保護回路を連続的に動作させる場合に比べ、待機中の二次電池の消耗がさらに抑えられる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、充電量制御回路は、少なくとも二次電池が充電されている期間には充電器から入力される制御トリガ信号であって充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には入力されない制御トリガ信号が入力されている期間のみ二次電池を電源として動作することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、充電量制御回路の電源は充電器から供給されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、各二次電池についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ目標電圧よりも低い所定の下限電圧と比較し、いずれかの二次電池において電池電圧が下限電圧を下回っていれば電池駆動装置に対し二次電池からの受電の停止を指示する放電制御信号を出力する過放電防止回路を備え、過放電防止回路は、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には動作しないことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、過放電防止回路により二次電池の過放電を防止することができる。また、過放電防止回路が二次電池を電源として常時動作する場合に比べて待機中の二次電池の消耗が抑えられる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、少なくとも充電器が接続されていない期間には保護回路が二次電池を電源として動作することで過充電を確実に避けながらも、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間（待機中）には充電量制御回路が動作しないことで、充電量制御回路が二次電池を電源として常時動作する場合に比べて待機中の二次電池の消耗が抑えられる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、保護回路は、少なくとも充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には間欠的に動作するので、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間にも保護回路を連続的に動作させる場合に比べ、待機中の二次電池の消耗がさらに抑えられる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、過放電防止回路により二次電池の過放電を防止することができる。また、過放電防止回路は、充電器と電池駆動装置とのいずれも接続されていない期間には動作しないので、過放電防止回路が二次電池を電源として常時動作する場合に比べて待機中の二次電池の消耗が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を充電器に接続した状態を示すブロック図である。
【図２】同上を電池駆動装置に接続した状態を示すブロック図である。
【図３】同上において二次電池が充電される際の充電電流及び最高電池電圧の時間変化の一例を示す説明図である。
【図４】同上における保護回路の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施形態の充電制御装置は、所定個数（図では４個）の二次電池１１からなる直列回路が接続されて電池パック１を構成している。この電池パック１は、図１に示すように二次電池１１を充電する充電器２と、図２に示すように二次電池１１を電源として動作する電池駆動装置３とのいずれかに択一的に且つ着脱自在に接続されるものである。
【００２１】
電池パック１には、ヒューズ１２を介して二次電池１１の直列回路の高電圧側の出力端に接続され二次電池１１の充電のための直流電力（以下、「充電電力」と呼ぶ。）が入力される充電用端子１０ａと、二次電池１１の直列回路の高電圧側の出力端に接続された放電用端子１０ｂと、二次電池１１の直列回路の低電圧側の出力端とともに回路のグランドに接続されたグランド端子１０ｃと、充電制御装置の電源となる定電圧（例えば５Ｖ）の直流電力（以下、「制御電力」と呼ぶ。）が入力される制御電源端子１０ｄと、充電電力の電流値（以下、「充電電流」と呼ぶ。）の低減を指示する充電制御信号を充電器２に対して出力するための充電制御端子１０ｅと、二次電池１１からの直流電力の入力（受電）のオフ（すなわち二次電池１１の放電のオフ）を指示する放電制御信号を電池駆動装置３に対して出力するための放電制御端子１０ｆとが設けられている。また、電池パック１は、例えばサーミスタからなり二次電池１１に密着して二次電池１１の温度を検出する温度検出素子１３を備えており、電池パック１には温度検出素子１３の出力を引き出すために温度検出素子１３の一端に電気的に接続された温度検出端子１０ｇが設けられている。
【００２２】
充電器２には、充電電力を出力するための充電用端子２０ａと、回路のグランドに接続されたグランド端子２０ｃと、制御電力を出力する制御電源端子２０ｄと、充電制御信号が入力される充電制御端子２０ｅと、電池パック１の温度検出素子１３の出力が入力される温度検出端子２０ｇとが設けられている。すなわち、充電器２が電池パック１に接続されたときには、電池パック１と充電器２との、充電用端子１０ａ，２０ａ同士、グランド端子１０ｃ，２０ｃ同士、制御電源端子１０ｄ，２０ｄ同士、充電制御端子１０ｅ，２０ｅ同士、温度検出端子１０ｇ，２０ｇ同士がそれぞれ互いに接触導通する。また、充電器２は、外部の交流電源ＡＣから電力を供給されて充電電力を生成し充電用端子２０ａから出力する充電回路２１と、充電制御端子２０ｅに入力される充電制御信号と温度検出端子２０ｇに入力される温度検出素子１３の出力とに応じて充電回路２１を制御する充電制御回路２２と、制御電力を生成する制御電源回路２３と、制御電源回路２３と制御電源端子２０ｄとの間に介在し充電制御回路２２に制御されて制御電源端子２０ｄからの制御電力の出力をオンオフするスイッチ回路２４とを備える。
【００２３】
電池駆動装置３には、電池パック１の二次電池１１から直流電力が入力される放電用端子３０ｂと、回路のグランドに接続されたグランド端子３０ｃと、制御電力を出力する制御電源端子３０ｄと、放電制御信号が入力される放電制御端子３０ｆと、電池パック１の温度検出素子１３の出力が入力される温度検出端子３０ｇとが設けられている。すなわち、電池駆動装置３が電池パック１に接続されたときには、電池パック１と電池駆動装置３との、放電用端子１０ｂ，３０ｂ同士、グランド端子１０ｃ，３０ｃ同士、制御電源端子１０ｄ，３０ｄ同士、放電制御端子１０ｆ，３０ｆ同士、温度検出端子１０ｇ，３０ｇ同士がそれぞれ互いに接触導通する。また、電池駆動装置３は例えばインパクトドライバーであって、放電用端子３０ｂとグランド端子３０ｃとの間に接続され電池パック１の二次電池１１を電源として動作する電動機３１を備える。さらに、電池駆動装置３は、手動操作により放電用端子３０ｂと電動機３１との接続をオンオフするスイッチ３２と、電池パック１の二次電池１１から放電用端子３０ｂとスイッチ３２とを介して直流電力を供給されて制御電力を生成し制御電源端子３０ｄから出力する制御電源回路３３と、グランド端子３０ｃと電動機３１との接続をオンオフするスイッチ素子３４と、放電制御端子３０ｆに入力される放電制御信号と温度検出端子３０ｇに入力される温度検出素子１３の出力とに応じてスイッチ素子３４をオンオフ制御することにより電池パック１から電動機３１への給電（すなわち二次電池１１からの受電）をオンオフする放電制御回路３５とを備える。
【００２４】
また、電池パック１は、各二次電池１１についてそれぞれ電池電圧（両端電圧）を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ所定の目標電圧Ｖ１（図３参照）と比較し、いずれかの二次電池１１において電池電圧が目標電圧Ｖ１を上回っていれば充電制御信号を充電制御端子１０ｅに出力する充電量制御回路１４を備える。充電制御信号は、具体的には例えば、抵抗を介して制御電源端子１０ｄに接続されることで通常は一定の電位に維持されている充電制御端子１０ｅ，２０ｅの電位をグランドまで低下させるというものである。充電器２においては、充電制御回路２２は、例えば温度検出端子２０ｇの電位の低下に基いて電池パック１の接続を検出したときに充電回路２１を制御して充電電力の出力を開始させ、図３に示すように、充電電力の出力が開始されたタイミングＴ０から充電制御端子２０ｅに充電制御信号が入力されるタイミングＴ１までは充電電流Ｉａを所定の初期電流Ｉ１とし、充電制御端子２０ｅに充電制御信号が入力されている間Ｔ１〜Ｔ２には所定の終端電流Ｉ２を下限として徐々に充電電流Ｉａを低減させ、充電電流Ｉａが終端電流Ｉ２に達したタイミングＴ２に充電電力の出力を停止するように充電回路２１を制御する。この結果、充電が開始されたタイミングＴ０から充電量制御回路１４から充電制御信号が出力されるタイミングＴ１までは、充電電流Ｉａが一定とされる定電流制御が行われることにより、最も電池電圧が高い二次電池１１の電池電圧（以下、「最高電池電圧」と呼ぶ。）Ｖａは徐々に高くなり、充電量制御回路１４から充電制御信号が出力されたタイミングＴ１から充電電力の出力が停止されるタイミングＴ２までは最高電池電圧Ｖａを目標電圧Ｖ１に維持するような定電圧制御がなされる。また、充電制御回路２２は、充電の開始前や充電中に、温度検出素子１３によって検出された温度（以下、「検出温度」と呼ぶ。）を所定の限界温度（例えば７０℃）と比較し、検出温度が限界温度を上回っていれば充電電力の出力を開始させず又は充電電力の出力を停止させる。また、充電回路２１からの充電電力の出力を停止させる際、充電制御回路２２は、スイッチ回路２４をオフ制御して制御電力の出力を停止させる。
【００２５】
さらに、電池パック１は、図４に示すように、各二次電池１１についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧をそれぞれ目標電圧よりも高い所定の上限電圧Ｖ２と比較し、いずれかの二次電池１１において電池電圧が上限電圧Ｖ２を上回っていれば（すなわち最高電池電圧Ｖａが上限電圧Ｖ２を上回っていれば）、ヒューズ１２を溶断することにより充電器２から二次電池１１への電路を遮断する保護回路１５を備える。この保護回路１５により、例えば充電量制御回路１４や充電器２に故障が発生していた場合にも、過充電による二次電池１１の異常発熱などが防止される。
【００２６】
また、電池パック１は、各二次電池１１についてそれぞれ電池電圧を検出するとともに、検出された各電池電圧１１をそれぞれ目標電圧Ｖ１よりも低い所定の下限電圧と比較し、いずれかの二次電池１１において電池電圧が下限電圧を下回っていれば放電制御端子１０ｆに放電制御信号を出力する過放電防止回路１６を備える。放電制御信号は、具体的には例えば、抵抗を介して制御電源端子１０ｄに接続されることで通常は一定の電位に維持されている放電制御端子１０ｆ，３０ｆの電位をグランドまで低下させるというものである。電池駆動装置３においては、放電制御回路３５は、電池パック１からの放電制御信号が放電制御端子３０ｆに入力されたときや、温度検出素子１３による検出温度が所定の限界温度（例えば７０℃）を上回っていたときに、それぞれスイッチ素子３４をオフすることにより二次電池１１から電動機３１への給電（受電）を停止させる。
【００２７】
さらに、電池パック１は、制御電源端子１０ｄに適正な制御電力が入力されているときのみオンされて制御電源端子１０ｄから入力された制御電力を充電制御回路１４と保護回路１５と過放電防止回路１６とに供給する電源スイッチ回路１７を備える。すなわち、充電制御回路１４と保護回路１５と過放電防止回路１６とは、それぞれ、電池パック１が充電器２と電池駆動装置３とのいずれかに接続されている期間には充電器２又は電池駆動装置３から供給される制御電力で動作する。
【００２８】
ここで、充電制御回路１４と過放電防止回路１６とは、それぞれ制御電源端子１０ｄから入力される制御電力のみを電源としており、電池パック１に充電器２と電池駆動装置３とのいずれも接続されていない期間には電源が供給されず動作しない。仮に、制御電源端子１０ｄに制御電力が入力されていない期間に保護回路１５も動作しないものとすると、例えば、制御電源端子１０ｄ，２０ｄ間に接触不良があった場合や、充電器２において制御電源回路２３に故障が発生した場合など、充電用端子１０ａに充電電力が入力されていても制御電源端子１０ｄに制御電力が入力されない場合に過充電が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、電池パック１に充電器２と電池駆動装置３とのいずれも接続されていない期間にも、保護回路１５が二次電池１１を電源として動作する構成を採用している。
【００２９】
詳しく説明すると、電池パック１は、二次電池１１の直列回路の高電圧側の出力端と保護回路１５との間に介在して二次電池１１から保護回路１５への給電をオンオフする保護電源スイッチ１８ａと、二次電池１１を電源とし電源スイッチ回路１７のオンオフ状態に応じて保護電源スイッチ１８ａをオンオフ制御するスイッチ制御回路１８ｂとを備える。より具体的には、スイッチ制御回路１８ｂは、電源スイッチ回路１７がオンされている期間すなわち電池パック１が充電器２と電池駆動装置３とのいずれかに接続されていて制御電力が供給されている期間には保護電源スイッチ１８ａを常にオンする連続オン動作を行う一方、電源スイッチ回路１７がオフされている期間すなわち電池パック１に充電器２と電池駆動装置３とのいずれも接続されておらず制御電力が供給されていない期間には保護電源スイッチ１８ａを例えば１２０秒毎に１秒だけ（つまりオンデューティ１／１２０）といったように間欠的にオンすることで二次電池１１から保護回路１５に間欠的に電力を供給する間欠オン動作を行う。また、スイッチ制御回路１８ｂは間欠オン動作中には保護回路１５の出力を監視しており、保護回路１５がヒューズ１２の溶断のための出力を生成し始めた後は間欠オン動作を終了して連続オン動作に移行する。これにより、ヒューズ１２の溶断中に保護回路１５への電源の供給が停止されてしまうことはない。ここで、上記の間欠的な動作の例においては、保護電源スイッチ１８ａのオフ状態（すなわち保護回路１５の停止状態）の継続時間は１１９秒であり、保護電源スイッチ１８ａのオン状態（すなわち保護回路１５の動作状態）の継続時間は１秒であるが、これらの継続時間は、二次電池１１や充電器２の特性に応じて、安全性が確保され且つ可能な限り消費電力が抑えられるように適宜決定すればよい。また、安全性の観点では上記のように制御電力が供給されている期間には保護回路１５を連続動作させることが望ましいが、スイッチ制御回路１８ｂはヒューズ１２の溶断中以外は常に間欠オン動作をするものとして保護回路１５を常に間欠動作させることで、消費電力を低減してもよい。
【００３０】
上記の各構成はいずれも周知技術で実現可能であるので、図示並びに詳細な説明は省略する。一般的な回路と同様に、上記の各回路は、集積回路に適宜構成すれば、部品点数の削減や実装面積の縮小による小型化が可能であり、充電量制御回路１４と保護回路１５と過放電防止回路１６と電源スイッチ回路１７とスイッチ制御回路１８ａと保護スイッチ１８ｂとのうちの複数個を１チップの集積回路に構成してもよい。
【００３１】
上記構成によれば、制御電力が供給されていない期間にも保護回路１５を動作させることで過充電を確実に避けながらも、制御電力が供給されていない期間には充電制御回路１４と過放電防止回路１６とが動作しないことにより、充電制御回路１４と過放電防止回路１６とを二次電池１１を電源として常時動作させる場合に比べ、待機中の二次電池１１の消耗が抑えられる。
【００３２】
また、制御電力が供給されていない期間には保護回路１５を間欠動作させていることにより、保護回路１５を常に連続動作させる場合に比べ、待機中の二次電池１１の消耗が抑えられる。
【００３３】
なお、充電制御回路１４は、制御電力を電源とする代わりに、二次電池１１を電源としてもよい。この場合、例えば制御電源端子１０ｄに制御電力（請求項における制御トリガ信号）が入力されていない期間には二次電池１１から充電制御回路１４への給電をオフするスイッチ回路（図示せず）を設ければ、電池パック１に充電器２も電池駆動装置３も接続されていない期間や、充電器２が接続されていても充電器２においてスイッチ回路２４がオフされ制御電力の出力が停止されている期間（すなわち充電電力が入力されていない期間）には、充電制御回路１４への給電がオフされることで二次電池１１の消耗を抑えることができる。
【符号の説明】
【００３４】
２  充電器
３  電池駆動装置
１１  二次電池
１４  充電量制御回路
１５  保護回路
１６  放電制御回路
【図１】
2010193597.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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