(57)【要約】【課題】定格容量の異なる二次電池への充電を夫々適切に行う。【解決手段】二次電池１３に充電用の電流を供給する電源部３７と、前記電源部の動作を制御する制御部３８と、前記電源部から前記二次電池に供給される充電電流を検知する電流検知部３４と、前記二次電池の定格容量を検知する定格容量検知部３６とを備え、制御部３８は、前記二次電池への充電を開始する際、前記電源部から供給する充電電流を徐々に増大させるものであるとともに、充電電流の時間当たりの増大量を上記定格容量検知部で検知した二次電池の定格容量に応じた値とする。充電開始直後の電流増大を二次電池の定格容量に応じた電流増大量で行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に充電用の電流を供給する電源部と、前記電源部の動作を制御する制御部と、前記電源部から前記二次電池に供給される充電電流を検知する電流検知部と、前記二次電池の定格容量を検知する定格容量検知部とを備え、前記制御部は、前記二次電池への充電を開始する際、前記電源部から供給する充電電流を徐々に増大させるものであるとともに、充電電流の時間当たりの増大量を上記定格容量検知部で検知した二次電池の定格容量に応じた値としているものであることを特徴とする充電回路。
【請求項２】
前記制御部は、充電電流の時間当たりの増加量を二次電池の定格容量に比例した値としているものであることを特徴とする請求項１記載の充電回路。
【請求項３】
前記制御部は、二次電池の定格容量に応じた増大量で段階的に増大させるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の充電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池の充電のための充電回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動工具や携帯機器などの電気機器の駆動電源として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの種々の二次電池が汎用されている。このような二次電池では、過充電されると、電池パックが破損したり、電池寿命を縮めてしまうことになる。リチウムイオン二次電池はこの過充電による悪影響が顕著である。
【０００３】
このような過充電を防止するとともに、充電に要する時間を短くするために、充電開始直後は定電流充電で急速充電を行い、ある程度二次電池の電圧が上昇すれば所定の定電圧を二次電池に印加する定電圧充電に切り替えることで、二次電池の充電が進めば充電電流を減少させ、充電電流が所定値を下回ったら充電を停止させるものが知られている。
【０００４】
また、満充電状態及び満充電に近い状態の二次電池に対して定電流充電が開始されると、急速充電用に大きな電流値に設定された充電電流が二次電池に強制的に流されるために、過充電になってしまうおそれがあることに鑑み、特開２００７−１４３２７９号公報には、充電開始直後の電流を小さくしておき、徐々に充電電流を増大させて定電流充電状態に移行するようにしたものが示されている。
【０００５】
ところで定格容量の異なる複数種の二次電池が充電対象となっているものでは、定格容量の大きい二次電池に合わせて単位時間当たりの電流増大量を大きくすると、定格容量の小さい二次電池に対して与えるストレスが大きくて寿命を縮めてしまう原因となる。逆に定格容量の小さい二次電池に合わせて電流増大量を小さくすると、定格容量の大きい二次電池を充電する時には定電流充電の電流値に達するまでに時間がかかることになり、充電に長い時間がかかるものとなる。
【特許文献１】特開２００７−１４３２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、定格容量の異なる二次電池への充電を夫々適切に行うことができる充電回路を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る充電回路は、二次電池に充電用の電流を供給する電源部と、前記電源部の動作を制御する制御部と、前記電源部から前記二次電池に供給される充電電流を検知する電流検知部と、前記二次電池の定格容量を検知する定格容量検知部とを備え、前記制御部は、前記二次電池への充電を開始する際、前記電源部から供給する充電電流を徐々に増大させるものであるとともに、充電電流の時間当たりの増大量を上記定格容量検知部で検知した二次電池の定格容量に応じた値としているものであることに特徴を有している。充電開始直後の電流増大を二次電池の定格容量に応じた電流増大量で行うようにしたものである。
【０００８】
前記制御部は、充電電流の時間当たりの増加量を二次電池の定格容量に比例した値としているものが好ましく、また、前記制御部は、二次電池の定格容量に応じた増大量で段階的に増大させるものであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、充電開始直後の電流増大を、二次電池の定格容量に応じた電流増大量で行うために、二次電池にストレスを与えることがなく、しかも最適な充電時間を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明すると、図６は本発明に係る充電装置を備えた充電式電動工具セットを示しており、充電式ドリルドライバーである電動工具本体２と、この電動工具本体２に装着される電池パック１０と、この電池パック１０を充電する充電装置３とで構成されている。
【００１１】
電動工具本体２は、筐体１８の把持部の内部に形成されて電池パック１０が取外し自在に装着される装着部２０と、筐体１８の内部に配設されて電池パック１０から電流が供給されることで駆動されるモータ２２と、筐体１８の把持部に設けられてモータ２２への電流の供給をオンオフ制御するトリガースイッチ２４と、筐体１８の先端に設けられてドリル歯などが取り付けられる回転部２６とを備えている。装着部２０の底部には、モータ２２に接続された一対の電極端子２８が取り付けられている。
【００１２】
電池パック１０は、二次電池１３が収納された筐体１１と、筐体１１の一面側に突出して電動工具本体２の装着部２０に装着されるコネクタ部９とを備え、コネクタ部９の側面には電極１５，１７がその表面に露出するように配設されている。そして、電極１５，１７は、複数の二次電池セル１２が直列に接続された上記二次電池１３に接続されており、電動工具本体２の装着部２０に装着された時、電極１５，１７と一対の電極２８とが接触する。図２は電動工具本体２の装着部２０に電池パック１０を装着した状態を示している。
【００１３】
一方、上記電池パック１０が装着された時に電池パック１０内の二次電池１３の充電を行う充電装置３は、上面に電池パック１０におけるコネクタ部９が挿入可能な凹部をなした装着孔部３５とを備えている略箱状の筐体３０から例えばＡＣ１００Ｖの商用電源に接続される電源線７を引き出したもので、筐体３０の内部には本発明に係る充電回路３００が配設されている。
【００１４】
上記装着孔部３５の内側面にはコネクタ部９が備える電極１５，１７と接触することにより電気的接続を図る電極３２，３１（図１参照）が配設されており、充電装置３に電池パック１０が装着されれば電極１５，１にと電極３１，３２が接触し、充電回路３００と電池パック１０とが接続される。図示例では電極１７，３２は正の充電電極、電極１５，３１は負の充電電極（回路グラウンド）にされている。また、この電池パック１０は、図１に示すように、二次電池１３の定格容量毎に決まった出力を出す定格容量識別回路１４を備えている。具体的回路構成としては、定格容量識別回路１４には定格容量に応じて予め抵抗値が定められた抵抗を用いることができる。図８に充電装置３の装着孔部３５に電池パック１０を装着した状態を示す。
【００１５】
なお、電動工具本体２、充電装置３、及び電池パック１０が別体になっている例を示したが、電動工具本体２に充電回路３００及び二次電池１３が内蔵された構成であってもよい。また、電池パック１０は、電動工具本体２に用いられるものに限るものではなく、携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話機等、種々の電気機器用の電池パックであってもよい。
【００１６】
図１に充電回路３００と電池パック１０とが接続された状態での電気的構成の一例を示す。複数の二次電池セル１２が直列に接続された二次電池１３における正極端子が電極１７に接続され、二次電池１３における負極端子が電極１５に接続されて構成されている。なお、二次電池１３は、二次電池セル１２が複数直列に接続されたものに限られず、例えば一つの二次電池セル１２からなるものや、複数の二次電池セル１２が並列に接続されたものであってもよい。また、二次電池セル１２は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等、どのようなものであってもよい。
【００１７】
充電回路３００は、電圧検知部３３、電流検知部３４、電源部３７、制御部３８、定電流回路３９、定電圧回路４１、そして定格容量検知部３６を備えている。上記電源部３７は、例えばＡＣ−ＤＣコンバータとして構成されたもので、電源線７を介して接続された商用電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換する。そして電源部３７における正極側出力端子は、定電圧回路４１、電流検知部３４、電極３２、及び電極１７を介して二次電池１３の正極端子に接続され、電源部３７における負極側出力端子は、定電流回路３９、電極３１、及び電極１５を介して二次電池１３の負極端子に接続されている。また、電極３１は、グラウンドに接続されている。
【００１８】
上記定電流回路３９は、制御部３８からの制御信号に応じて電源部３７から電池パック１０に供給する充電電流を調整するものであり、定電圧回路４１は、制御部３８からの制御信号に応じて電源部３７から電池パック１０に供給する充電電圧を調整する。
【００１９】
電圧検知部３３は、電極３１，３２間の電圧、すなわち二次電池１３における端子電圧Ｖｂを検出する回路部で、例えば抵抗体を用いて構成されており、その抵抗体の電圧降下により生じた電圧を電圧検知信号Ｓｖとして制御部３８へ出力する。なお、電圧検知部３３は、例えば電池パック１０が備える複数の二次電池セル１２の夫々について両端の端子電圧を検出し、その端子電圧を示す電圧検知信号Ｓｖをそれぞれ制御部３８へ出力するものであってもよい。
【００２０】
電流検知部３４は、定電圧回路４１から電極３２，１７を介して二次電池１３に供給する充電電流Ｉｃを検出する回路部で、例えばホール素子を用いた電流センサや抵抗体によって充電電流Ｉｃを電圧に変換することにより得られた電流検知信号Ｓｉを制御部３８へ出力する。
【００２１】
制御部３８は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記録された不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記録する揮発性の記憶素子であるＲＡＭ（Random Access Memory）と、電圧検知信号Ｓｖ及び電流検知信号Ｓｉをデジタル値に変換するＡＤコンバータとを備えたものとして構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、定電流回路３９及び定電圧回路４１へ制御信号を出力して二次電池１３の充電動作を制御する。
【００２２】
また充電回路３００は上記定格容量識別回路１４の出力を検出して電池パック１０の定格容量を検知し、充電しようとする二次電池１３の定格容量がいくつであるかを制御部３８に出力する定格容量検知部３６を備えている。この定格容量検知部３６は、定格容量識別回路１４が定格容量に応じて予め抵抗値が定められた抵抗である場合、定格容量識別回路１４に電流を流した際に発生する電圧を検知するものを用いることができる。なお、定格容量識別回路１４と定格容量検知部３６とは、夫々端子１６，４０が接続されており、充電装置３に電池パック１０を装着した時、両端子１６，４０が接続されることで、定格容量の識別が可能となる。
【００２３】
次に、上述のように構成された電池パック１０と充電装置３とが接続された場合の充電動作について説明する。図２は定格容量が大である電池パック１０を充電装置３に装着した時の充電動作を示しており、例えば電源線７が商用電源ＡＣに接続されたり、あるいは図略の操作スイッチが操作されたことが制御部３８によって検出されたり、ユーザが電池パック１０を充電装置３に取り付けたり等のタイミングＴ０において、制御部３８は定格容量検知部３６を通じて接続された二次電池１３の定格容量の情報を取得し、次いで充電制御動作を開始する。この時、制御部３８は充電電流を小さく抑えた状態で充電を開始するとともに、充電の開始（Ｔ０）後、制御部３８は電源部３７から二次電池１３へ供給される充電電流Ｉｃを連続的に（滑らかに）、例えば１Ａ／１秒の増加率で徐々に増大させる動作を定電流回路３９に行わせる。
【００２４】
徐々に増大する充電電流Ｉｃが二次電池１３に供給されることで、電極３１，３２間の電圧、すなわち二次電池１３を充電するための電圧である端子電圧Ｖｂが、充電開始タイミングＴ０における二次電池１３の出力電圧である初期電圧Ｖｓ１から徐々に増大する。
【００２５】
一方、電流検知部３４によって充電電流Ｉｃが検出され、充電電流Ｉｃを示す電流検知信号Ｓｉが制御部３８へ出力される。そして電流検知信号Ｓｉにより示される充電電流Ｉｃと予め設定された電流値Ｉ１（第１の閾値電流）とが制御部３８において比較され、充電電流Ｉｃが電流値Ｉ１に達すれば、そのタイミングＴ１で制御部３８からの制御信号により定電流回路回路３９は充電電流Ｉｃを一定の電流値Ｉ１（定電流充電用電流）を保持する。なお、閾値電流と定電流充電用電流とがいずれも電流値Ｉ１で等しい例を示したが、閾値電流と定電流充電用電流とが異なる電流値に設定されていてもよい。
【００２６】
そして定電流充電により電極３１，３２間の端子電圧Ｖｂが緩やかに上昇するが、電圧検知部３３によって端子電圧Ｖｂが検出され、端子電圧Ｖｂを示す電圧検知信号Ｓｖが制御部３８へ出力される。制御部３８は電圧検知信号Ｓｖにより示される端子電圧Ｖｂと予め設定された電圧Ｖ１（閾値電圧）とを比較し、端子電圧Ｖｂが電圧Ｖ１に達したタイミングＴ２で応じて定電流回路３９による定電流出力制御を停止し、定電圧回路４１による定電圧充電を開始する。つまり電源部３７から電池パック１０へ供給される二次電池１３の端子電圧Ｖｂが一定の定電圧充電用の電圧Ｖ１（定電圧充電用電圧）とする。なお、閾値電圧と定電圧充電用電圧とが共に電圧Ｖ１で等しい電圧である例を示したが、閾値電圧と定電圧充電用電圧とを異なる電圧に設定してもよい。
【００２７】
二次電池１３が満充電に近くなって定電圧充電に移行したことで、充電電流Ｉｃは緩やかに減少する。そして、電圧検知部３３により検知される端子電圧Ｖｂが電圧Ｖ１以上である時に電流検知部３４により検出された充電電流Ｉｃが、予め設定された充電完了電流Ｉ２（第２の閾値電流）まで下がれば（あるいは充電完了電流Ｉ２より低くなれば）、制御部３８はそのタイミングＴ３で二次電池１３が満充電になったと判断し、電源部３７の出力電圧及び充電電流Ｉｃを略ゼロとし、二次電池１３の充電を終了する。
【００２８】
なお、電流検知部３４による充電電流Ｉｃの検出、電圧検知部３３による端子電圧Ｖｂの検出、及び制御部３８による充電電流Ｉｃ、端子電圧Ｖｂと電流値Ｉ１、電圧Ｖ１との比較動作は、充電開始後、定電流回路３９及び定電圧回路４１の制御と並行して実行されている。
【００２９】
そして、充電対象の二次電池１３の定格容量が小さい場合、全体としての充電制御は上記の定格容量が大きい場合と同じであるが、制御部３８は定格容量検知部３６から得た定格容量の情報に基づき、図３に示すように、定電流充電の際の電流Ｉ３を上記の定格容量の大きい二次電池１３に対する定電流充電の際の電流Ｉ１より低くするとともに、充電開始から定電流充電に移行するまでの充電電流の増大量を小さく抑える。定格容量が大（例えば３Ａｈ）の二次電池１３に対する電流増大量が１Ａ／ｓｅｃである時、定格容量が半分（たとえば１．５Ａｈ）の二次電池１３に対する電流増大量は０．５Ａ／ｓｅｃとするのである。
【００３０】
なお、ここでは単位時間当たりの電流増大量を二次電池１３の定格容量の値に比例させたものとしているが、比例していないものであってもよい。ただし、定格容量が大きい時は電流増大量も大きくし、定格容量が小さい時は電流増大量を小さくする。
【００３１】
図４及び図５に他例を示す。
【００３２】
なお、充電の開始（Ｔ０）後、例えば図６に示すように、制御部３８からの制御信号に応じて定電流回路３９によって、電源部３７から二次電池１３へ供給される充電電流Ｉｃが段階的に（階段状に）、例えば１秒経過する都度１Ａづつ徐々に増大されるようにしてもよい。ただし、段階的に充電電流Ｉｃを増大させた場合には、充電電流Ｉｃを増大させたタイミングと、充電電流Ｉｃが電流値Ｉ１に達するタイミングとが必ずしも一致しないため、充電電流Ｉｃが電流値Ｉ１を超えてしまう場合がある。一方、連続的に充電電流Ｉｃを増大させた場合には、電流検知部３４及び制御部３８の動作応答時間による制御遅れにより多少の誤差は生じうるものの、充電電流Ｉｃが電流値Ｉ１にほぼ一致するタイミングを検出して充電電流Ｉｃを電流値Ｉ１で一定にすることができるので、段階的に充電電流Ｉｃを増大させる場合に比して充電電流Ｉｃが電流値Ｉ１に達したことを精度よく検出することができる。
【００３３】
定電流充電のための電流Ｉ１（Ｉ３）に達するまでの充電電流の増大は、図４及び図５に示すように段階的に（ステップ状に）行ってもよい。もちろん、この場合においても、定格容量が大きい二次電池１３に対しては、電流増大量ΔＩ１をたとえば１Ａとし、定格容量が小さい二次電池１３に対しては電流増大量ΔＩ３をたとえば０．５Ａとして、定格容量に応じた電流増大量で充電開始初期の充電電流増大を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の一例におけるブロック回路図である。
【図２】同上の定格容量が大である二次電池に対する充電動作のタイムチャートである。
【図３】同上の定格容量が小である二次電池に対する充電動作のタイムチャートである。
【図４】同上の他例における定格容量が大である二次電池に対する充電動作のタイムチャートである。
【図５】同上の定格容量が小である二次電池に対する充電動作のタイムチャートである。
【図６】本発明に充電回路を備えた充電装置を含む充電式電動工具セットの外観図である。
【図７】同上の電動工具本体に電池パックを装着した状態の側面図である。
【図８】図１に示す充電装置に電池パックが装着された状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１３  二次電池
１４  定格容量識別回路
３４  電流検知部
３６  定格容量検知部
３７  電源部
３８  制御部
３００  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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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