(57)【要約】【課題】  安全かつ確実に容量を確保できる充電装置を提供する。【解決手段】  複数のセル電池からなるリチウムイオン電池を、定電流・定電圧制御で充電するが、少なくとも１つのセル電圧が過電圧値に達した場合には、基準となる充電電流を下げる切替動作を行うことにより一時的に過電圧を回避し、充電を継続する。切替動作を所定回数繰り返すか、充電電流が、基準となる充電電流に応じて設定された終止電流以下に低下した場合には、充電を終了する。このような動作により、過電圧による発煙・発火などを防止すると共に、十分な電池の容量を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電圧を制御する充電電圧制御手段と、充電電流を制御する充電電流制御手段と、充電電流を設定するための充電電流設定手段と、セル毎の電池電圧を検出するセル電圧検出手段と、を有し、定電圧・定電流制御で充電を行う充電装置であって、
前記充電電流設定手段が前記充電電流を第1の電流値に設定して充電を行っている場合に、前記セル電圧検出手段において、複数のセルの中の少なくとも一つのセル電圧が、過電圧であると判別する所定電圧値以上の電圧であることが検出された場合は、前記充電電流を第1の電流値よりも低い第2の電流値に切り替える切替動作を行う充電電流切替手段をさらに有することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電電流切替手段が、前記切替動作を所定回数以上繰り返した場合は、充電を停止することを特徴とする請求項1に記載の充電装置。
【請求項３】
定電圧制御時に前記充電電流が所定電流値以下に達した時に満充電と判別する満充電判別手段と、
前記所定電流値を前記充電電流設定手段が設定した前記充電電流毎に設定する終止電流設定手段と、
をさらに有し、
前記満充電判別手段が満充電と判別すると、充電を停止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、2次電池を充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具において、コードレス工具を駆動する電池は、高容量化、軽量化が要望されている。この要望に応えるため、出力密度の高いリチウムイオン電池を採用する場合がある。リチウムイオン電池においては、定電流・定電圧制御によって充電を行うのが主流である。満充電の検出方法としては、リチウムイオン電池の充電電圧が最大電圧に達した時点から、充電電流が減少する性質を利用する方法がある。すなわち、充電時の充電電流を検出し、所定値以下に達した場合には満充電と判別する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−１９２６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようなリチウムイオン電池は、所定値以上の充電電圧で充電を行うと過電圧となり、最悪の場合は発火・発煙を引き起こす危険性がある。このため、充電電圧を常に高精度で監視する必要がある。例えば、複数のセルによって構成される電池パックにおいては、各セル毎の電圧を監視し、複数のセルの中で一つでも所定電圧を超えた場合には過電圧であると判別し、充電を停止しなければならない。
【０００４】
しかし、単に所定電圧を超えた場合に充電を停止するだけでは、電池の容量が少ないまま充電を停止させてしまうことになる場合がある。そこで、上記所定電圧は、電源電圧の許容範囲上限いっぱいの値で設定しなければならない。例えば、充電時に設定される電圧（以下、定電圧値という）が、４．２ボルト×セル数であったとすると、過電圧であると判別される所定電圧(以下、過電圧値という)は、1セルあたりプラス５０ｍV程度の例えば４．２５ボルト×セル数程度に設定する必要がある。また、過電圧値を、定電圧値である４．２ボルト×セル数を下回るような、例えば４．１５ボルト×セル数という電圧値に設定したような場合には、電源電圧の許容範囲との間に余裕ができるが、やはり電池の容量が低下してしまう。よって、前述のように、セルあたり５０ｍVという非常に小さい範囲内で充電を停止する過電圧値を設定しなければならない。
【０００５】
電池のセル間電圧にバラツキがほとんどない状態においては、５０ｍVという非常に小さい余裕の中でも過電圧と判別されることがない。しかし、使用頻度によって電池のセル間電圧に差が生じてくることは避けられない。この差は、電池セルそのものの特性の微妙なばらつきや、電池パック内における配置等に起因する熱の影響の違い等により、個々のセル間の劣化度合いが異なることが原因である。劣化度合いが強いセルは、他のセルよりも内部抵抗が大きくなっているため、充電中の電圧の上昇具合が高くなる。この上昇具合は、充電電流が大きいほど高くなる。よって充電中において、充電電流によっては劣化度合いが大きいセルのみが上記過電圧値に達してしてしまうことがある。このような場合に、１セルでも過電圧値に達した時点で充電を停止してしまうと、容量が小さいまま充電を終了することになる。
【０００６】
そこで本発明は、複数のセルからなる電池の各セル毎の劣化度合いが異なる場合にも、安全かつ確実に十分な容量を確保できる充電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、充電電圧を制御する充電電圧制御手段と、充電電流を制御する充電電流制御手段と、充電電流を設定するための充電電流設定手段と、セル毎の電池電圧を検出するセル電圧検出手段と、を有し、定電圧・定電流制御で充電を行う充電装置であって、充電電流設定手段が充電電流を第1の電流値に設定して充電を行っている場合に、セル電圧検出手段において、複数のセルの中の少なくとも一つのセル電圧が、過電圧であると判別する所定電圧値以上の電圧であることが検出された場合は、充電電流を第1の電流値よりも低い第2の電流値に切り替える切替動作を行う充電電流切替手段をさらに有することを特徴としている。
【０００８】
このような構成によると、各セル電圧毎に過電圧が判別され、過電圧となった場合には、充電電圧設定手段が設定している現在の充電電流値よりも低い第２の電流値に設定を切り替える。よって、セル電圧を一時低下させることになり、充電が継続される。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、充電電流切替手段が、切替動作を所定回数以上繰り返した場合は、充電を停止することを特徴としている。
【００１０】
このような構成により、充電時間が長すぎず、かつ電池の容量が十分確保できたと判断される時点で充電を終了させる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、定電圧制御時に充電電流が所定電流値以下に達した時に満充電と判別する満充電判別手段と、所定電流値を充電電流設定手段が設定した充電電流毎に設定する終止電流設定手段と、をさらに有し、前記満充電判別手段が満充電と判別すると、充電を停止することを特徴としている。
【００１２】
このような構成により、設定された電流値毎の所定電流値以下になった場合には、十分な容量が確保できたとして充電を終了させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１記載の充電装置によれば、セル電圧が一つでも過電圧と判別された場合には、充電電流を下げることにより一時的に過電圧を回避することができ、充電が継続可能となる。また、この動作を繰り返すことによって、過電圧が生じない範囲で電池の容量を十分確保することが可能になる。よって、セル間に劣化度合いのばらつきがある場合にも安全かつ確実に容量を確保することができるという優れた効果を奏し得る。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、所定回数、充電電流切替動作を繰り返した後に充電を停止することにより、充電時間が長すぎず、かつ容量も十分確保できる充電装置とすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加え、どのセルも過電圧と判別されない場合や、切替動作を行った後でも、その時点の設定電流値に応じた所定電流値を設定し、その所定電流値に達した時点で満充電と判別することにより充電を停止することができ、容量を効率よく十分確保することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施の形態による充電装置について図１から図５を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態による充電回路２００を示す回路図である。充電回路２００は、整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０、充電電圧制御回路１００、充電電流検出素子３、充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０、フォトカプラ５、電池電圧検出回路９０、フォトカプラ４、マイコン５０等を有し、交流電源１と接続された状態で電池パック２ａを充電する。
【００１７】
整流平滑回路１０は、全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなり、交流電源１から入力される交流を整流平滑する。スイッチング回路２０は、高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＰＷＭ制御ＩＣ２３からなる。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、フォトカプラ５から入力される制御信号に基づきＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路３０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。なお、フォトカプラ５は充電電流信号伝達回路である。
【００１８】
整流平滑回路３０は、ダイオード３１、平滑コンデンサ３２、放電用抵抗３３からなり、スイッチング回路２０の出力を整流平滑し、充電電圧制御回路１００に出力している。
【００１９】
充電電圧制御回路１００は、抵抗１０１、１０３、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、ポテンショメータ１０２、コンデンサ１０４、シャントレギュレータ１１６、整流ダイオード１１７、ＦＥＴ１１８、１１９、１２０から構成される。充電電圧は、抵抗１０１およびポテンショメータ１０２の直列抵抗、および、抵抗１０５と抵抗１０６、抵抗１０９または抵抗１１２との並列抵抗の分圧値がシャントレギュレータ１１６の基準値となるように定められる。抵抗１０６、１０９、１１２はそれぞれ、マイコン５０の出力ポート５１ｂからの信号によってＦＥＴ１１８、１１９、１２０がオンオフすることによって選択される。ポテンショメータ１０２は、確定耕地や装置間のばらつきなどを微調整するために設けられている可変抵抗である。抵抗１０１、抵抗１０３、１０５、１０６、１０９、１１２の抵抗値は、以下の条件に適合するようにそれぞれ定める。
【００２０】
例えば、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５とで定められる値は２セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０５、抵抗１０６の並列抵抗（ＦＥＴ１１８をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は３セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０５、抵抗１０９の並列抵抗（ＦＥＴ１１９をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は４セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０５、抵抗１１２の並列抵抗（ＦＥＴ１２０をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は５セルのリチウムイオン電池を充電するための値と定める。
【００２１】
また、ポテンショメータ１０２の出力側が、コンデンサ１０４、抵抗１０３、抵抗１１５およびダイオード１１７を介してフォトカプラ５と接続されており、充電電圧制御回路１００の出力電圧に応じた信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達することによって、充電電圧制御回路１００は、セル数に応じた充電電圧を出力する。
【００２２】
電流検出素子３は、電池パック２ａに流れる充電電流を検出する抵抗であり、整流平滑回路３０の出力側と電池パック２ａとの間に接続されている。
【００２３】
充電電流制御回路６０は、オペアンプ６１、６５、抵抗６２、６３、６４、６６、６７、ダイオード６８からなる。抵抗６２は、整流平滑回路３０とオペアンプ６１の反転入力端子との間に接続され、抵抗６３は、オペアンプ６１の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。オペアンプ６１の非反転入力端子は接地され、出力端子は、マイコン５０および抵抗６４に接続されている。また、抵抗６４は、オペアンプ６５の反転入力端子に接続されている。抵抗６６は、オペアンプ６５の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。オペアンプ６５の非反転入力端子は、充電電流設定回路７０と接続され、出力端子は、抵抗６７、ダイオード６８を介してフォトカプラ５に接続されている。充電電流制御回路６０は、電流検出素子３による検出値と、充電電流設定回路７０の設定値とを比較した結果に応じた信号を、フォトカプラ５に出力することによって、充電電流を制御している。
【００２４】
充電電流設定回路７０は、抵抗７１〜７６から構成される。基準電圧Ｖｃｃが抵抗７１、７２によって分圧された値が充電電流を設定する際の基準値となる。また、抵抗７３、７４、７５、７６がマイコン５０の出力ポート５１ｂに接続されており、それぞれの抵抗が接続されている出力ポートからロー信号を出力することによって充電電流を設定する際の基準値を変化させ、その結果充電電流を変化させることができる。
【００２５】
例えばいずれのポートからも出力信号を出力させない場合は、基準電圧Ｖｃｃの値を抵抗７１と抵抗７２が分圧した値が充電電流制御回路６０に出力され、充電電流を設定するための基準値となる。この基準値に応じた信号が充電電流制御回路６０からフォトカプラ５に出力され、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を制御することによって充電電流を変化させる。この際の充電電流を電流Ｉ１とする。抵抗７３に接続している出力ポートからロー信号を出力した場合は、抵抗７１、及び抵抗７２と抵抗７３との並列抵抗によって分圧された値が充電電流を設定する際の基準値となる。この際の充電電流を例えば電流Ｉ２とする。以下同様の抵抗７４、７５、７６に接続している出力ポートからそれぞれロー信号を出力した場合の充電電流はＩ３、Ｉ４、Ｉ５とする（Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４＞Ｉ５）。
【００２６】
マイコン５０は、出力ポート５１ａ、５１ｂ、Ａ/Ｄ入力ポート５２、リセットポート５３から構成される制御回路である。出力ポート５１ａは、フォトカプラ４、および表示手段１１０に信号を出力している。出力ポート５１ｂは、充電電流設定回路７０に充電電流を設定するための信号を出力し、充電電圧設定回路１００に、充電電圧を設定するための信号を出力している。Ａ/Ｄ入力ポート５２には、セル数判別素子７、温度検出回路８０および電池電圧検出回路９０からの信号が入力されている。
【００２７】
フォトカプラ４は、充電制御信号伝達回路であり、マイコン５０の出力ポート５１ａから充電開始の制御信号を受信すると、ＰＷＭ制御ＩＣ２３にその制御信号を伝達してスイッチング動作を開始させ、充電停止の制御信号を受信すると、ＰＷＭ制御ＩＣ２３にその制御信号を伝達してスイッチング動作を停止させる。
【００２８】
表示回路１１０は、充電の状態を表示するための表示手段でＬＥＤ１１１、抵抗１１２、１１３から構成される。ＬＥＤ１１１は赤と緑と橙の3色を発色できるような構成のものである。赤は充電前を表し、橙は充電中を表し、緑は充電終了後を表すものとする。
【００２９】
また、マイコン５０、オペアンプ６１、６５などの電源として電源４０、ＰＷＭ制御ＩＣ２３の電源として整流平滑回路６が備えられている。電源４０は、トランス４１ａ〜４１ｃ、スイッチング素子４２、制御素子４３、整流ダイオード４４、コンデンサ４５、４７、レギュレータ４６、リセットＩＣ４８からなる。整流平滑回路６は、ＰＷＭ制御ＩＣ２３の電源となる整流平滑回路で、トランス６ａ、整流ダイオード６ｂ、平滑コンデンサ６ｃから構成される。
【００３０】
電池パック２ａは、複数の素電池（セルともいう）を直列接続した電池パックである。本実施の形態においては、リチウムイオン電池を想定している。電池パック２ａは、保護ＩＣ２ｂ、セル数判別素子７、電池温度検出素子８と接続されている。電池パック２ａの各セルは、保護ＩＣ２ｂに接続されている。保護ＩＣ２ｂは、セル毎の電池電圧を監視し、電池パック２ａを構成する複数のセル中のひとつでも過電圧或いは過放電であると判別した場合は、過電圧または過放電であるという信号を、充電装置・電池間の端子を介してマイコン５０へ出力する。なお、過電圧とは、あらかじめ決められた所定電圧（以下、過電圧値という）よりもセル電圧が高いと判別された場合、過放電とは、あらかじめ決められた所定電圧（過電圧値とは異なる）よりもセル電圧が低いと判別された場合をいう。
【００３１】
電池パック２ａに隣接してセル数判別抵抗７が設けられ、セル数判別回路９の抵抗と基準値であるＶｃｃの値を分圧する。分圧された値は、マイコン５０のＡ/Ｄポート５２に入力され、マイコン５０はＦＥＴ１１８、１１９、１２０をオンオフすることによりセル数に対応した充電電圧を設定する。
【００３２】
さらに電池パック２ａに近接してサーミスタ等の感温素子８が設けられ、電池パック２ａの温度に応じた信号を電池温度検出回路８０に伝達する。
【００３３】
電池温度検出回路８０は、抵抗８１、８２から構成される。基準電圧Ｖｃｃは感温素子８と抵抗８２との並列抵抗と、抵抗８１により分圧され、その値がマイコン５０のＡ/Ｄポート５２に電池温度情報として出力される。
【００３４】
電池電圧検出回路９０は、抵抗９１、９２から構成される。電池電圧検出回路９０は、電池パック２ａのプラス側と接続されており、この電池電圧は抵抗９１、９２によって分圧され、その値がマイコン５０のＡ/Ｄポート５２に電池電圧情報として入力されている。
【００３５】
次に本実施の形態における充電制御の動作の一例を、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
まず、電源を投入するとマイコン５０は出力ポート５１ａ及び５２ｂをイニシャルセットする。次に、表示手段１１０において、充電前であることを表示する。本実施形態においては、表示手段１１０の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポートからハイ信号を出力し、表示手段１１０を赤点灯させることにより充電前であることを表示する（ステップ２０１）。次に、電池が充電器に接続されたか否かを判別する（ステップ２０２）。電池の接続は例えば、電池温度検出回路８０を介して入力されるマイコン５０のＡ/Ｄポート５２の値に変化があった場合に電池が接続されたとすればよい。次にセル数判別回路９を介して入力されるマイコン５０のＡ/Ｄポート５２の値よりセル数を判別する（ステップ２０３）。次に、ステップ２０３において判別したセル数に応じて出力電圧を設定する（ステップ２０４）。
【００３７】
出力電圧は、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗、および、抵抗１０５と、抵抗１０６、抵抗１０９または抵抗１１２との並列抵抗の分圧値がシャントレギュレータ１１６の基準値となるように定められる。本実施形態においては、例えば、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５とで定められる値は２セルのリチウムイオン電池を充電するための値とする。また、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５と抵抗１０６との並列抵抗（マイコン５０の出力ポート５１ｂより信号を出力することによりＦＥＴ１１８をオンさせた場合の並列抵抗）とで定められる値は３セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０５と抵抗１０９の並列抵抗（マイコン５０の出力ポート５１ｂより信号を出力することによりＦＥＴ１１９をオンさせた場合の並列抵抗）とで定められる値は４セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０５と抵抗１１２の並列抵抗（マイコン５０の出力ポート５１ｂより信号を出力することによりＦＥＴ１２０をオンさせた場合の並列抵抗）とで定められる値は５セルのリチウムイオン電池を充電するための値と定める。
【００３８】
次に充電するための充電電流をＩ１に設定する（ステップ２０５）。充電電流をＩ１に設定するには、抵抗７３、７４、７５、７６に接続される出力ポートから信号を出さないようにすればよい。
【００３９】
さらに、充電電流Ｉ１に対応する終止電流の値を設定する（ステップ２０６）。本実施の形態においては、リチウムイオン電池は定電流・定電圧制御で充電が行われるものとし、定電圧制御時に充電電流がある所定電流（終止電流）まで降下した場合に満充電と判別するものとする。充電電流が電流Ｉ１の場合のおいては、それに対応する終止電流として例えば電流Ｉ１０を設定値として定める。
【００４０】
その後、出力ポート５１aよりハイ信号を出力し、それによりフォトカプラ４を介しスイッチング電源ＩＣ２３に信号を伝達することにより充電を開始する（ステップ２０７）。充電を開始したら表示手段１１０より充電中であることを表示する（ステップ２０８）。例えば、表示手段１１０の抵抗１１２及び抵抗１１３に連なる出力ポートよりハイ信号を出力し橙点灯させることで充電中であることを表示する。
【００４１】
続いて、電池パック内の保護ＩＣ２ｂから複数のセルの中の一つでも、ある所定電圧値以上(過電圧値以上)である場合に出力される過充電信号が入力されているか否かを判別する（ステップ２０９）。
【００４２】
ステップ２０９において、過充電であることを示す過充電信号が入力されている場合は、電流検出素子３の検出値によりマイコン５０にて充電電流がＩ１であるか否かを判別する（ステップ２１０）。充電電流がＩ１である場合は、充電電流をＩ２（Ｉ２＜Ｉ１）に降下する（ステップ２１１：図５の時刻ｔ３）。充電電流をＩ２に設定するには、抵抗７３に接続される出力ポート５１ｂからロー信号を出力すればよい。電流を降下したことにより電池電圧は一旦降下するので、電池パック内の保護ＩＣ２ｂからの過充電であることを示す信号は出力されなくなる。その後電圧は再度上昇していく。
【００４３】
次に、充電電流Ｉ２に対応する終止電流の値を設定する（ステップ２１２）。本実施の形態においては、リチウムイオン電池は定電流・定電圧制御で充電が行われるものとし、定電圧制御時に充電電流がある所定電流（終止電流）まで降下した場合に満充電と判別するものとする。充電電流がI２の場合のおいては、それに対応する終止電流として例えば電流Ｉ２０を設定値として定める。
【００４４】
ステップ２１０において充電電流がＩ１では無いと判別された場合は、充電電流がＩ２であるか否かを判別する（ステップ２１３）。充電電流がI２である場合は、充電電流をＩ３（Ｉ３＜Ｉ２）に降下する（ステップ２１４：図５の時刻ｔ４）。充電電流をＩ３に設定するには、抵抗７４に接続される出力ポート５１ｂからロー信号を出力すればよい。電流を降下したことにより電池電圧は一旦降下するので、電池パック内の保護ＩＣ２ｂからの過充電であることを示す信号は出力されなくなる。その後電圧は再度上昇していく。
【００４５】
次に、充電電流Ｉ３に対応する終止電流の値を設定する（ステップ２１５）。本実施の形態においては、リチウムイオン電池は定電流・定電圧制御で充電が行われるものとし、定電圧制御時に充電電流がある所定電流（終止電流）まで降下した場合に満充電と判別するものとする。充電電流がＩ３の場合のおいては、それに対応する終止電流として例えば電流Ｉ３０を設定値として定める。
【００４６】
ステップ２１３において充電電流がＩ２では無いと判別された場合は、充電電流がＩ３であるか否かを判別する（ステップ２１６）。充電電流がＩ３である場合は、充電電流をＩ４（Ｉ４＜Ｉ３）に降下する（ステップ２１７：図５の時刻ｔ５）。充電電流をＩ４に設定するには、抵抗７５に接続される出力ポート５１ｂからロー信号を出力すればよい。電流を降下したことにより電池電圧は一旦降下するので、電池パック内の保護ＩＣ２ｂからの過充電であることを示す信号は出力されなくなる。その後電圧は再度上昇していく。
【００４７】
次に、充電電流Ｉ４に対応する終止電流の値を設定する（ステップ２１８）。本実施の形態においては、リチウムイオン電池は定電流・定電圧制御で充電が行われるものとし、定電圧制御時に充電電流がある所定電流（終止電流）まで降下した場合に満充電と判別するものとする。充電電流がＩ４の場合のおいては、それに対応する終止電流として例えば電流Ｉ４０を設定値として定める。
【００４８】
ステップ２１６において充電電流がＩ３では無いと判別された場合は、充電電流がＩ４であるか否かを判別する（ステップ２１９）。充電電流がＩ４である場合は、充電電流をＩ５（Ｉ５＜Ｉ４）に降下する（ステップ２２０：図５の時刻ｔ６）。充電電流をＩ５に設定するには、抵抗７６に接続される出力ポート５１ｂからロー信号を出力すればよい。電流を降下したことにより電池電圧は一旦降下するので、電池パック内の保護ＩＣ２ｂからの過充電であることを示す信号は出力されなくなる。その後電圧は再度上昇していく。
【００４９】
次に、充電電流Ｉ５に対応する終止電流の値を設定する（ステップ２２１）。本実施の形態においては、リチウムイオン電池は定電流・定電圧制御で充電が行われるものとし、定電圧制御時に充電電流がある所定電流（終止電流）まで降下した場合に満充電と判別するものとする。充電電流がＩ５の場合のおいては、それに対応する終止電流として例えば電流Ｉ５０を設定値として定める。
【００５０】
ステップ２１９において充電電流がＩ４では無いと判別された場合は、充電電流はＩ５で充電されており、この場合は充電を終了する（ステップ２２３：図５の時刻ｔ７）。
【００５１】
また、ステップ２０９において、過充電であることを示す過充電信号が入力されていない場合は、満充電であるか否かを判別する（ステップ２２２）。本実施の形態においては、リチウムイオン電池は定電流・定電圧制御で充電が行われるものとし、定電圧制御時に充電電流がある所定電流（終止電流）まで降下した場合に満充電と判別するものとする。終止電流は電流毎にステップ２０６、２１２、２１５、２１８、２２１で設定した値を用いるものとする。
【００５２】
ステップ２２２において満充電であると判別された場合は出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にすることによって充電を終了する（ステップ２２３）。充電停止後の表示手段１１０の表示は緑点灯である（ステップ２２４）。緑点灯させるためには表示手段１１０の抵抗１１３に連なる出力力ポートよりハイ信号出力させる。その後電池が充電器から抜けた場合（ステップ２１８）は、ステップ２０１に戻る。
【００５３】
次に、上記のような制御により充電を行う際の充電中の電流と電圧の変化について、図３から図５を参照しながら詳細に説明する。図３に、本実施形態における通常時（複数のセルの中の一つも過電圧であると判別しなかった場合）の充電波形の一例を示す。横軸は時刻ｔ、縦軸は、充電電流Ｉ、セル毎の電圧Ｖｃおよび電池パックの電圧Ｖｐ(以下、電池電圧という)を示している。なお、本実施の形態において、過電圧は各セル毎の電圧Ｖｃで判別し、定電圧は電池パック２ａ全体の電池電圧Ｖｐで判別している。図３では、説明の都合上、セル毎の電圧Ｖｃと電池電圧Ｖｐとを１本の曲線で示しているが、電池電圧Ｖｐは、概ね電圧Ｖｃにセル数を乗じた値になっている。
【００５４】
充電が開始されると、まずは一定の電流（本実施の形態においては充電電流Ｉ１）で充電が行われる。電流が流れるとともにセル毎の電圧Ｖｃおよび電池電圧Ｖｐも上昇していき、定電圧制御回路１００によって設定された定電圧値に達する。定電圧値とは、例えば１セルあたり４．２ボルト等とあらかじめ定めておく電圧値であり、電池パック２ａが４つのセルで構成されている場合には、４．２×４＝１６．８ボルトとなる。電池電圧Ｖｐが定電圧値(例えば、Ｖｐ＝１６．８Ｖ)に達すると(時刻ｔ０)、充電電流Ｉは降下していき、ある所定電流値（終止電流：充電電流Ｉ１のときにはＩ１０）に達した時点で満充電と判別し、充電を停止する(時刻ｔ１)。
【００５５】
一方、図４に示すようにセル間の電圧バランスが崩れ、複数のセルの中の一つが過充電であると判別する過電圧値に達してしまう場合を考える。図４は、複数のセルの中のある一つのセルが過電圧値以上の電圧に達してしまって充電を停止した場合の充電波形の一例である。横軸は時刻ｔ、縦軸は、充電電流Ｉ、セル毎の電圧Ｖｃおよび電池電圧Ｖｐを示している。図４に示すように、破線で示した劣化度合いの強いセルの電圧は、時刻ｔ２で過電圧値に達している。一方、他のセルや電池電圧は時刻ｔ２では定電圧値に達していない。この際に、従来の充電装置側の制御としては、電池パック２ａの複数セルの中の一つでも過電圧値以上の電圧に達してしまったため、充電を停止するものとしている。
【００５６】
このような制御においては、わずかなセル間のバランス崩れで、充電が充分なされないうちに終了してしまい、容量が適正に入らない状態になってしまう。このような現象は、充電のために図１における充電電圧制御回路１００で定めた定電圧値と、過電圧値との間の差が少ないほど起こりやすい。例えば、定電圧値が４．２０ボルト×セル数であったとすると、過電圧値が４．３５ボルト／セルと設定されるよりも、４．２５ボルト／セルと設定されるほうがより上述したような充電停止が起こりやすくなる。すなわち、過充電による発煙・発火の危険性を確実に排除することと、電池の容量を確保することとは相反する要素となっている。
【００５７】
次に、本実施の形態における充電装置において、複数のセルの中の一つが過電圧値以上に達してしまった場合の充電波形の一例を図５に示す。横軸は、時刻ｔ、縦軸は、充電電流Ｉ、セル毎の電圧Ｖｃおよび電池電圧Ｖｐを示している。本実施の形態においては、あるセル(劣化度合いの強いセル)が過電圧値以上に達した場合には、充電電流を降下する(時刻ｔ３)。充電電流を降下すると電池電圧が一旦降下し、過電圧値未満になるため、充電が続行される。その後再度電池電圧が上昇し、過電圧値に達した場合は更に充電電流を降下させる(時刻ｔ４)。その後、この動作を繰返し時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６)、所定回数繰返した後充電を停止する(時刻ｔ７)。このような制御を行うことで、安全のために過電圧値を所定電圧値に対して例えば、セルあたり約１．２％増というような余裕のない範囲に設定しても、極端な容量不足を招くことなく適正な充電を行うことができる。
【００５８】
一例として、１．５アンペアアワー（Ａｈ）の電池に対し、図４のような制御を行った場合に、０．７Ａｈの充電がなされた場合、本実施の形態のように図５のような制御を行ったとすると、１．３Ａｈの充電を行うことができる。
【００５９】
なお、本実施の形態による充電電流制御回路６０は、本発明の充電電流制御手段に相当し、充電電流設定回路７０は、充電電流設定手段に相当し、保護ＩＣ２およびマイコン５０が、セル電圧検出手段に相当する。また、マイコン５０は、切替手段、満充電判別手段、終止電流設定手段にも相当する。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態による充電装置によれば、電池パックを構成する複数のセルそれぞれの電圧値を検出し、そのうちの１つでもあらかじめ決められた過電圧値を超えた場合には、充電電流を低い電流値に切り替えることによって過充電の状態を一時的に解消して充電を続行する。このような電流値の切替動作を繰り返すことによって、過電圧が生じない範囲で電池の発火や発煙などの危険性を避けながら電池の容量を増加させることが可能になる。よって、セル間に劣化度合いのばらつきがある場合にも安全かつ確実に容量を確保することができる。
【００６１】
また、所定回数、充電電流切替動作を繰り返した後に充電を停止することにより、充電時間が長すぎず、かつ容量も十分確保できる。さらに、いずれのセルも過電圧値に達しなかった場合や、切替動作を行った後も、その時点の設定電流値に応じた終止電流を設定し、その終止電流値に達した時点で満充電と判別することができ、効率よく容量を十分確保することが可能である。
【００６２】
本発明による充電装置は、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、本実施の形態においては、リチウムイオン電池の充電を想定したが、同様に定電流・定電圧制御により充電する電池で、過電圧値が定電圧値に対し余裕がないというような同様の性質をもつ電池であれば適用可能である。
【００６３】
過電圧値および定電圧値の設定値については上記に限定されず、他の設定値でもよい。この場合、過電圧値と定電圧値との差が少ないほど定電圧・定電流制御では電池の容量の確保が困難になるため、本発明の効果は増大する。また、電池パックを構成するセル数が多いほど、電池の劣化度合いのばらつきが大きくなる可能性があるため、本発明の効果は増大する。
【００６４】
過電圧値に到達した場合に電流の設定値を切り替える切替動作は上記に限定されず、充電時間と容量の確保との観点から適宜決定されることが好ましい。
【００６５】
充電装置の回路構成については、同様の作用・効果を有するものであれば他の構成でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の充電装置は、リチウムイオン電池の充電に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態による充電装置の回路図。
【図２】本実施の形態による充電装置の動作を示すフローチャート。
【図３】本実施の形態による充電電流および充電電圧の変化を示す図。
【図４】従来の充電装置における充電電流および充電電圧の変化を示す図。
【図５】本実施の形態による充電電流および充電電圧の変化を示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１：交流電源  ３：充電電流検出素子  ４、５  フォトカプラ  ６、１０、３０：整流平滑回路  ２０：スイッチング回路  ４０：電源  ５０：マイコン  ６０：充電電流制御回路  ７０：充電電流設定回路  ８０：温度検出回路  ９０：電池電圧検出回路  １００：充電電圧制御回路  １１０：表示回路  ２００：充電回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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