(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が一定になる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記一定の温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、を備えることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる電池の到達目標温度値を保持する記憶装置と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と、前記記憶装置に保持された前記到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇勾配を算出する温度勾配算出部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇勾配になる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記一定の温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電完了時に到達する前記到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、を備えることを特徴とする充電装置。
【請求項３】
充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる電池の到達目標温度値を保持する記憶装置と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と前記記憶装置に保持された前記到達目標温度値との差と、充電時間とに基づき、前記到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電完了時に到達する前記到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、
を備えることを特徴とする充電装置。
【請求項４】
充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる充電時間に対応する到達目標温度値の情報を電池側に保持させ、該到達目標温度値に従い充電装置にて充電を行う充電方式であって、
前記充電装置が、
電池側から読み出した到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを保持する記憶装置と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と充電時間とに基づき、温度上昇パターンを前記記憶装置より検索する温度上昇パターン検索部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電完了時に到達する前記到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、
を備えることを特徴とする充電方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池を充電する充電装置及び充電方式に関し、特に、ニッケル水素電池等の充電時の発熱の大きな電池の充電に好適に用いることができる充電装置及び充電方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電動工具等の電源に繰り返し使用可能な充電式電池が用いられている。ここで、かかる電動工具の電池としては、ニッケルカドミウムが広く用いられ、該電池に大電流を流すことにより急速充電を行う充電装置が用いられている。即ち、電池を２０分程度で急速充電することによって、充電の完了した電池を交換しながらの電動工具の連続使用を可能ならしめている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、電池としてニッケル水素電池を用いることで、電動工具の性能を向上させることを検討した。しかしながら、ニッケル水素電池は、ニッケルカドミウム電池よりも容量を大きくできる反面、充電時の発熱量が大きく、発熱により高温に達すると電池内部セルの電極やセパレータが劣化して寿命が短くなる。このため、上述したニッケルカドミウム電池にて行われていた大電流による急速充電は行えなかった。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電池の温度上昇を抑えながら短時間で過充電することなく充電できる充電装置及び充電方式を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の充電装置は、上記目的を達成するため、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が一定になる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記一定の温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、を備えることを技術的特徴とする。
【０００６】
請求項１では、温度上昇値が一定になるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、充電完了時の温度が所定の値となるように充電することができるので、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を高温にならぬように短時間で充電することが可能になる。
ここで、電流値が充電完了を示す所定値以下になった際に充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。また、電流値を下げても上記一定の温度上昇値よりも温度が上昇する際には、充電満了時に温度が急上昇する“オーバシュート”を発生しているため、充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。同様に、温度上昇を一定に保ちながら充電を行い、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上に上昇した際には、既に充電が完了しているため、充電を停止することで、１００％容量まで過充電になることなく充電することができる。
【０００７】
請求項２の充電装置は、充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる電池の到達目標温度値を保持する記憶装置と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と、前記記憶装置に保持された前記到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇勾配を算出する温度勾配算出部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇勾配になる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記一定の温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電完了時に到達する前記到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、を備えることを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項２では、充電開始時の電池温度と、記憶装置に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇勾配を算出する。そして、温度上昇値が温度上昇勾配になるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、充電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電することができるので、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を高温にならぬように短時間で充電することが可能になる。
ここで、電流値が充電完了を示す所定値以下になった際に充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。また、電流値を下げても上記一定の温度上昇値よりも温度が上昇する際には、充電満了時に温度が急上昇する“オーバシュート”を発生しているため、充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。同様に、温度上昇を一定に保ちながら充電を行い、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上に上昇した際には、既に充電が完了しているため、充電を停止することで、１００％容量まで過充電になることなく充電することができる。
【０００９】
請求項３の充電装置は、充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる電池の到達目標温度値を保持する記憶装置と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と前記記憶装置に保持された前記到達目標温度値との差と、充電時間とに基づき、前記到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電完了時に到達する前記到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、を備えることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、充電開始時の電池温度と、記憶装置に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇パターンを検索する。そして、温度上昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、温度上昇パターンを最適にすることで、充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
ここで、電流値が充電完了を示す所定値以下になった際に充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。また、電流値を下げても上記温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際には、充電満了時に温度が急上昇する“オーバシュート”を発生しているため、充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。同様に、温度上昇を温度上昇パターンに沿うように充電を行い、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上に上昇した際には、既に充電が完了しているため、充電を停止することで、１００％容量まで過充電となることなく充電することができる。
【００１１】
請求項４の充電方式は、充電時間と最も低い温度で充電完了する温度上昇値のカーブとで定まる充電時間に対応する到達目標温度値の情報を電池側に保持させ、該到達目標温度値に従い充電装置にて充電を行う充電方式であって、
前記充電装置が、
電池側から読み出した到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを保持する記憶装置と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と充電時間とに基づき、温度上昇パターンを前記記憶装置より検索する温度上昇パターン検索部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電制御部と、
少なくとも以下の（ａ）〜（ｃ）を監視し、何れか１に該当する場合に充電を停止する充電停止部と：
（ａ）電流値が充電完了を示す所定値以下になった際、
（ｂ）電流値を下げても上記温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際、
（ｃ）電池温度が、充電完了時に到達する前記到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際、を備えることを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項４では、充電開始時の電池温度と、記憶装置に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇パターンを検索する。そして、温度上昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、温度上昇パターンを最適にすることで充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
また、請求項４では、電池側に到達目標温度値のデータを保持させてあるので、種類の異なる電池に対して、それぞれ充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。また、種々の充電装置において、たとえば、１５分急速充電が可能な充電装置においても、１時間充電が可能な充電装置においても、充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
ここで、電流値が充電完了を示す所定値以下になった際に充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。また、電流値を下げても上記温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際には、充電満了時に温度が急上昇する“オーバシュート”を発生しているため、充電を停止することで、１００％容量まで充電すると共に、過充電することなく充電を停止することができる。同様に、温度上昇を温度上昇パターンに沿うように充電を行い、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上に上昇した際には、既に充電が完了しているため、充電を停止することで、１００％容量まで過充電となることなく充電することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る充電装置及び充電方式について図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る充電装置１０を示し、図２は、該充電装置１０によって充電される電池パック５０を示し、図３は、該電池パック５０により駆動される電池ドリル７０を示している。
【００１４】
図２に示すようにニッケル水素電池を内蔵する電池パック５０は、略円筒状に形成された嵌入部５２と、略角柱状に形成された基部５５とから成り、該嵌入部５２の側方には、キー状のキー部５４が形成され、上部には、電池の正極側に接続された第１端子ｔ１と、負極側に接続された第２端子ｔ２と、サーミスタから成る温度センサに接続された第３端子ｔ３と、ＲＯＭに接続された第４端子とが配設されている。
【００１５】
図１に示すように、該電池パック５０を充電する充電装置１０には、電池パック５０の嵌入部５２を嵌入するための嵌入孔１２が形成されており、嵌入孔１２の側壁には、該嵌入部５２のキー部５４を導入するためのキー溝１４が形成されている。該嵌入孔１２は、該充電装置１０を形成する筐体１６と一体的に樹脂成形されている。本実施形態では、電池パック５０の嵌入部５２にキー部５４を設け、充電装置１０の嵌入孔１２にキー溝１４を形成することにより、電池パック５０が誤った方向に装着されることを防いでいる。ここで、嵌入孔１２の底部には、上記電池パック５０の第１乃至第４端子ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４と当接するための図示しない第１乃至第４端子が配設されている。この充電装置１０の上部には、充電中を表示するためのＬＥＤランプ１８が配設されている。
【００１６】
図３に示すように、電池ドリル７０は、電池パック５０の嵌入部５２を嵌入する嵌入孔７２が形成されており、電池パック５０の第１端子ｔ１及び第２端子ｔ２から電力の供給を受けて、図示しないモータによりチャック７６を回動するように構成されている。この電池ドリル７０を使用する際には、複数の電池パック５０の内の充電の完了したものを順次用いることにより、連続して作業を続け得るようにする。このため、本実施形態の充電装置１０は、電池パック５０を３０分程度で急速充電し得るよう構成されている。
【００１７】
図４は、充電装置１０内の制御回路３０の構成を示している。制御回路３０は、電池パック５０側に配設された温度センサ（サーミスタ）５６からの出力値により電池温度を検出する温度検出部３８と、後述する電流値制御情報を記憶する記憶部３９と、温度検出部３８から出力された温度値を微分して温度上昇値を求めて、温度上昇値を一定にしながら充電し得る電流値を求め、該電流値を電流指令値として充電電流制御部３４へ出力する制御部３６と、制御部３６からの電流指令値に基づき電源回路３２を制御して電池の充電電流を調整するための充電電流制御部３４と、電池パック５０のＲＯＭ５７の内容を読み出すＲＯＭリーダ３７から構成されている。
【００１８】
引き続き、第１実施形態の充電装置の作動原理について説明する。
電池は、充電電流を大きくすれば、充電時間は短くなるが温度上昇は大きくなる。反対に、充電電流を小さくすれば、充電時間が長くなるものの温度上昇は小さくなる。特に、ニッケル水素電池は、充電電流や既に充電された容量により温度勾配（温度上昇値）が大きく変化する特性を有する。このため、本実施態様では、温度上昇を抑制するため電流値を変化させながら充電を行う。即ち、従来技術に係る充電装置では、一定の電流値で充電を行っていたのに対して、本実施態様の充電装置では、電池の状態を温度上昇値に基づき判別し、電池の温度上昇を一定にしつつ流し得る電流、即ち、電池の温度上昇に応じて電流値を変えながら充電を行う。
【００１９】
ここでは、温度上昇が高いときには、相対的に小さな充電電流を流し、反対に、温度上昇が低いときには、相対的に大きな充電電流を流す。
【００２０】
この第１実施形態の充電装置の動作原理について図５を参照して更に詳細に説明する。図５は、縦軸に電池温度上昇値を、横軸に充電時間を取ってあり、図中の曲線Ｌは、温度上昇値が一定になるように充電した際の、充電時間に対応する充電完了時の温度上昇値を示している。例えば、２０℃で開始した電池温度が５３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）に到達するように電流を制御した際に、充電時間が２０分であり、電池温度が４３℃（温度上昇値２３ｄｅｇ）に到達するように電流を制御した際に、充電時間が３０分であり、電池温度が７８℃（温度上昇値５８ｄｅｇ）に到達するように電流を制御した際に、充電時間が１０分であることを示している。
【００２１】
即ち、曲線Ｌに基づき、充電完了時間と充電完了時の電池温度上昇値とから、温度上昇値（勾配）を求めることができる。例えば、２０分で充電完了するためには、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ直線ａに示す温度勾配（温度上昇値）となるように充電すればよいことが分かる。この場合には、ほぼ正確に２０分で、温度５３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）になった時点で充電が完了する。
【００２２】
一方、外気温度及び電池温度１０℃の際に２０分で充電完了する場合も同様に、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ実線ａに示す温度勾配（温度上昇値）となるように充電すればよい。この場合には、温度４３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）にて充電が完了する。
【００２３】
一方、外気温度及び電池温度３０℃の際に２０分で充電完了する場合も同様に、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ実線ａに示す温度勾配（温度上昇値）となるように充電すればよい。この場合には、温度６３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）にて充電が完了する。
【００２４】
ここで、係る温度上昇値を一定にした際の電流値の変化について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、温度２０℃のニッケル水素電池を電池温度が５０℃になるように、２５分で充電した際のシュミレーションした結果である。温度上昇値を一定にするためには、充電電流の値を頻繁に調整する必要があるが、充電の前半に電流値が相対的に大きく、また、充電の後半に徐々に小さくなっていくことが分かる。ここで、約５０℃において、充電電流が急激に減少しているのは、ニッケル水素電池の充電が完了したことを示しており、本実施形態では、この現象を検出した際に、充電を完了する。
【００２５】
図７は、別のニッケル水素電池について、シュミレーションした結果である。ニッケル水素電池においては、充電満了時、現在の充電電流ではなく、過去の充電経歴により温度が急激に上昇するいわゆる“オーバーシュート”と言われる現象が生じることがある。係る、オーバーシュートにおいては、電流値を下げても、温度上昇値を一定以下にすることができなくなる。本実施形態では、この現象を検出した際にも、充電を完了する。
【００２６】
更に、充電装置１０は、上述したように温度上昇を一定に保ちながら充電を行う。ここで、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値まで上昇した際に、充電が完了していることになる。このため、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも更に上昇した際には、充電を停止する。
【００２７】
引き続き、第１実施形態の充電装置による充電について、当該処理を示す図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、制御部３６は、温度検出部３８を介して電池パック５０の温度を検出する（Ｓ１２）。ここでは、外気温度及び電池温度が２０℃であったものとする。次に、充電時間と充電完了時の電池温度を確認する（Ｓ１４）。本実施形態の充電装置は、急速充電（２０分充電）と通常充電（３０分）とが切り替えられるように構成されており、急速充電が設定されている際には、図５を参照して上述した曲線Ｌの値を保持している記憶部３９を検索することで充電完了温度として５３℃を得る。その後、温度勾配を算出する（Ｓ１６）。ここでは、図５中に示す温度０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ直線ａの勾配を求める。
【００２８】
制御部３６は、温度検出部から入力した前回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して温度上昇値を求め（Ｓ１８）、この検出した温度上昇値を、上記ステップ１６にて算出した勾配と比較することで電流値を確定する（Ｓ２０）。ここで、温度上昇値が勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【００２９】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ２２）。図６を参照して上述したように、充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ２２：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、図７を参照して上述したオーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ２４）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ２４：Ｎｏ）、充電処理を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、電池温度が充電完了温度（到達目標温度値ΔＴ）である５３℃に一定値（ｘｄｅｇ：ここでは、２℃）を加えた温度（５５℃）に達したかを判断する（Ｓ２６）。即ち、電池温度が到達目標温度を一定値以上超えるときには、既に充電を終えているため（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、処理を完了する。一方、電池温度が到達目標温度を一定値以上超えるまでは（Ｓ２６：Ｎｏ）、ステップ２８へ進み、上記ステップ２０で確定した電流値にて電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【００３０】
本発明の第１実施形態の充電装置では、温度上昇値を一定とするため処理が容易である利点がある。更に、温度上昇値が算出した温度上昇勾配になるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、充電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電することができ、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を高温にならぬように短時間で充電することが可能になる。
【００３１】
更に、第１実施形態の充電装置は、電流値が充電完了を示す所定値以下になった際に（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、充電を停止する。また、電流値を下げても上記一定の温度上昇値よりも温度が上昇する際には（Ｓ２４：Ｎｏ）、充電満了時に温度が急上昇する“オーバシュート”を発生しているため、充電を停止する。同様に、温度上昇を一定に保ちながら充電を行い、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上に上昇した際には（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、既に充電が完了しているため、充電を停止する。即ち、第１実施形態では、上記３種類の充電完了判断にて充電を停止するため、満充電を適切に検出でき、過充電することなく１００％充電することができる。なお、上記ステップ２２、又は／及び、ステップ２４の判断を省略しても充電完了の判断は可能である。
【００３２】
なお、本実施形態では、充電装置側に図５中に示す曲線Ｌを保持させたが、例えば、ニッケル水素電池の寿命を縮めない範囲での充電最高温度（例えば、３０ｄｅｇ）及び該３０ｄｅｇに至る充電時間（例えば、２５分）のみを保持しておき、この３０ｄｅｇで充電が完了するように、充電を制御することも可能である。また、更に構造を簡略化し、電池の温度勾配を常に一定にし、この温度勾配で充電を行うように構成することもできる。
【００３３】
引き続き、本発明の第２実施形態に係る充電装置について、図９〜図１２を参照して説明する。上述した第１実施形態の充電装置では、温度上昇値が一定になるように、電流値を調整した。これに対して、第２実施形態の充電装置では、所定のパターンに沿って温度が上昇するように電流値を調整する。
【００３４】
この充電原理について、図９を参照して説明する。図９では、縦軸に電池温度上昇値を、横軸に充電時間を取ってあり、ハッチングで示すエリアＥは、完了時の温度上昇値及び充電時間を示すものである。例えば、第１実施形態の充電装置で行ったように、２０分で充電が完了するように図中ａで示す温度勾配を一定にした際には、充電完了時の温度が３３ｄｅｇになった。一方、図中実線ｄで示すように温度上昇値が山なりのパターンに沿うように充電した際には、電池温度上昇値が３０ｄｅｇで充電を完了することができた。また、２点鎖線ｅで示すように温度上昇値が実線ｄよりも大きな山なりのパターンに沿うように充電した際には、電池温度上昇値が３２ｄｅｇで充電を完了することができた。反対に、破線ｈで示すように、谷状パターンに沿って充電した際には、電池温度上昇値が３８ｄｅｇで充電を完了した。一方、１点鎖線ｇのように、温度上昇値を特定のパターンに適合させないように充電した際には、電池温度上昇値が４３ｄｅｇ近くまで上昇した。
【００３５】
即ち、ハッチングで示すエリアＥは、種々の条件で充電した際の、完了時の温度上昇値及び充電時間を示すものであり、該エリアＥの境界線Ｂは、最も低い温度で充電が完了した際の到達温度上昇値を示すことになる。一方、図９中の破線ａから、第１実施形態のように温度上昇値を一定にした際には、電池温度上昇値が３３ｄｅｇであった。これに対して、実線ｄに示すやや山なりの温度上昇パターンを取ることで、最も低い温度上昇値（３０ｄｅｇ）で充電が完了できることが分かる。温度上昇値を一定とするよりも、山なりにした方が低温で充電を完了できる理由は、次のように考えられる。即ち、電池温度と周囲の温度との温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定する。即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇パターンを設定することで、完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。本実施形態では、上記実験結果に基づき、最も低い温度で充電を完了できる温度上昇パターンに基づき、電流値を調整して充電を行う。
【００３６】
図１０は、境界線Ｂの電池温度による変化を示している。ここで、境界線Ｂは、外気温度（２０℃）と電池温度とが等しい場合を示し、境界線Ｂ’は、外気温度（１５℃）よりも電池温度（２０℃）が高い場合を示している。ここで、境界線Ｂ’は、境界線Ｂよりも５℃分下方へシフトしている。
【００３７】
図１１は、第２実施形態の充電装置１１０内の制御回路１３０の構成を示している。制御回路１３０は、図４を参照して上述した第１実施形態の充電装置と同様である。但し、第２実施形態の制御回路１３０の記憶部１３９には、図９を参照して上述した温度上昇パターンが保持されている。この温度上昇パターンは、５ｄｅｇ上昇するまでの時間分で一種の折れ線近似して保持してある。例えば、図９を参照して上述した実線ｄの温度上昇パターンについては、５ｄｅｇに２分で到達し、１０ｄｅｇに４分で、１５ｄｅｇに６分、２０ｄｅｇに９分、２５ｄｅｇに１３分、３０ｄｅｇに２０分、即ち、（２，４、６、９、１３，２０）と言うデータ形式で保持することで、記憶部の容量の削減と、制御部１３６での演算処理の容易化が計られている。そして、温度制御の際には、図１０中に示すように５ｄｅｇ毎に直線で近似した勾配に沿うように、充電電流が調整される。
【００３８】
そして、該充電装置１１０では、例えば、外気温度１５℃で２０℃の電池を充電する際には、図１０を参照して上述したように、充電完了時の温度上昇値を５℃分下げたパターンが算出され、係るパターンに従い充電がなされる。反対に、例えば、外気温度２５℃で２０℃の電池温度の時には、充電完了時の温度上昇値を５℃分上げたパターンを算出する。
【００３９】
この第２実施形態の充電装置の具体的な充電制御について、図１２を参照して説明する。
まず、制御部１３６は、温度検出部１３８から電池パック１５０の温度を検出する（Ｓ１１２）。ここでは、外気温度が２０℃で電池温度が２５℃であったものとする。次に、充電時間と充電完了時の電池温度を確認する（Ｓ１１４）。ここでは、充電時間を２０分とした際に、最終温度上昇値の３５ｄｅｇ（３０ｄｅｇ＋５ｄｅｇ）を求める。その後、温度上昇パターンを算出する（Ｓ１１６）。
【００４０】
制御部１３６は、温度検出部から入力した前回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して温度上昇値を求め（Ｓ１１８）、この検出した温度上昇値が、上記ステップ１１６にて算出した温度上昇パターンと比較することで電流値を確定する（Ｓ１２０）。ここで、温度上昇値が勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【００４１】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ１２２）。第１実施形態と同様に充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ１２２：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ１２２：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ１２４）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ１２４：Ｎｏ）、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ１２４：Ｙｅｓ）、電池温度が充電完了温度（到達目標温度値ΔＴ）である５５℃に一定値（ｘｄｅｇ：ここでは、２℃）を加えた温度（５７℃）に達したかを判断する（Ｓ１２６）。即ち、電池温度が到達目標温度を一定値以上超えるときには、既に充電を終えているため（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、処理を完了する。一方、電池温度が到達目標温度を一定値以上超えるまでは（Ｓ１２６：Ｎｏ）、ステップ１２８へ進み、上記ステップ１２０で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【００４２】
第２実施形態の充電装置では、温度上昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、図９を参照して上述したように温度上昇パターンを最適にすることで、充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
【００４３】
また、本実施形態の充電装置では、温度上昇パターンを山なり、即ち、電池温度と周囲の温度との温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定してある。即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇パターンを設定してあるため、完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。
【００４４】
更に、第２実施形態の充電装置は、電流値が充電完了を示す所定値以下になった際に（Ｓ１２２：Ｙｅｓ）、充電を停止する。また、電流値を下げても上記温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際には（Ｓ１２４：Ｎｏ）、充電満了時に温度が急上昇する“オーバシュート”を発生しているため、充電を停止する。同様に、温度上昇を温度上昇パターンに沿って充電を行い、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上に上昇した際には（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、既に充電が完了しているため、充電を停止する。即ち、本実施形態では、上記３種類の充電完了判断にて充電を停止するため、満充電を適切に検出でき、過充電することなく１００％充電することができる。なお、上記ステップ１２２、又は／及び、ステップ１２４の判断を省略しても充電完了の判断は可能である。
【００４５】
引き続き、本発明の第３に係る実施形態の充電方式について図１３〜図１５を参照して説明する。
上述した第２実施形態では、充電装置側に図１０に示す充電時間及び最終電池温度上昇値を保持させた。これに対して、第３実施形態では、電池パック側に、図９を参照して上述した、最も低い温度で充電が完了した際の到達温度を示す境界線がそれぞれ保持されている。即ち、充電完了時の到達温度は、電池パックの電圧（セル電池の数）、電池の種類（ニッケル水素電池中にも特性が異なるものがある）、電池パックの熱放射性等によって大きく異なってくる。このため、電池パック側にかかる境界値（以下、温度到達目標値として参照）を保持させることで、いかなる電池パックも最も効率的に充電し得るようにしている。
【００４６】
第３実施形態の充電方式の充電装置２１０及び電池パック２５０Ａ、２５０Ｂの構成について図１３を参照して説明する。電池パック２５０Ａは、当該電池パックの温度到達目標値（図１５のＢ１）の値を保持するＲＯＭ２５８ａを備えている。一方、電池パック２５０Ｂは、当該電池パックの温度到達目標値（図１５中のＢ２）の値を保持するＲＯＭ２５８ｂを備えている。なお、この温度到達目標値Ｂ１、Ｂ２は、Ｙ＝β／（Ｘ＋α）＋γ式で表され、この係数α、β、γの値がＲＯＭ２５８ａ、２５８ｂにそれぞれ書き込まれている。
【００４７】
一方、充電装置２１０の制御回路２３０には、上述したＲＯＭ２５８ａ、２５８ｂの内容を読み出すためのＲＯＭリーダ２３１が備えられている。また、記憶部２３９には、温度上昇パターンを得るための方程式が収容されている。他の構成については、図４を参照して上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４８】
この第３実施形態の充電方式の具体的な充電制御について、図１４を参照して説明する。
まず、充電装置２１０の制御部２３６は、温度検出部２３８から電池パック２５０Ａの温度を検出する（Ｓ２１２）。ここでは、温度が２０℃であったものとする。次に、電池パック２５０ＡのＲＯＭ２５８ａから温度到達目標値Ｂ１を求めるための係数α、β、γを読み出し、図１５中に示す温度到達目標値Ｂ１の曲線を算出する（Ｓ２１３）。引き続き、充電時間と充電完了時の電池温度を確認する（Ｓ２１４）。ここで、充電装置２１０は、急速充電と通常充電とが切り替え得るようになっており、急速充電は、電池温度上昇値として３０ｄｅｇまでを許容し、通常充電は、２５ｄｅｇ以下で充電を完了するようになる。ここで、通常充電が選択されている場合には、上記充電完了時の電池温度上昇値２５ｄｅｇから充電時間として２５分が確認され、他方、急速充電が設定されている場合には、充電時間として２０分が確認されることになる。その後、温度勾配パターンを算出する（Ｓ２１６）。急速充電時の２０分充電が確認された場合には、図１５中の０ｄｅｇと３０ｄｅｇとを結ぶ線分ｉから、上記記憶部２３９中の方程式に基づき山なりの曲線（温度上昇パターン）ｊが算出させる。なお、第３実施形態では、方程式に基づき温度上昇パターンを算出したが、この代わりに、複数のパターンを保持しておき、このパターンとの相関を取ってパターンを求めるようにもできる。
【００４９】
制御部２３６は、温度検出部から入力した前回の温度値と今回入力した温度値との差分より温度上昇値を求め（Ｓ２１８）、この検出した温度上昇値を、上記ステップ２１６にて算出した勾配と比較することで電流値を確定する（Ｓ２２０）。ここで、温度上昇値が温度上昇パターンよりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【００５０】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ２２２）。第１実施形態と同様に充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２２２：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ２２２：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ２２４）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ２２４：Ｎｏ）、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ２２４：Ｙｅｓ）、電池温度が充電完了温度（到達目標温度値ΔＴ）に一定値（ｘｄｅｇ）を加えた温度に達したかを判断する（Ｓ２２６）。即ち、電池温度が到達目標温度を一定値以上超えるときには、既に充電を終えているため（Ｓ２２６：Ｙｅｓ）、処理を完了する。一方、電池温度が到達目標温度を一定値以上超えるまでは（Ｓ２２６：Ｎｏ）、ステップ２２８へ進み、上記ステップ２２０で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【００５１】
この第３実施形態の充電方式では、電池パック２５０Ａ、２５０Ｂ側に到達目標温度値Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ保持させてあるので、上述したように電池パック２５０Ａに対しては、２０分の最短の時間で、また、温度到達目標値Ｂ２である電池パック２５０Ｂに対しては、１７分の最短時間（図１５参照）で充電を完了することができる。また、種々の充電装置において、たとえば、２０分急速充電が可能な充電装置においても、１時間充電が可能な充電装置においても、充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
【００５２】
更に、第３実施形態の充電装置は、電流値が充電完了を示す所定値以下になった際（Ｓ２２２：Ｙｅｓ）、また、電流値を下げても温度上昇パターンの温度上昇値よりも温度が上昇する際（Ｓ２２４：Ｎｏ）、更に、電池温度が、充電完了時に到達する到達目標温度値よりも所定値以上上昇した際（Ｓ２２６：Ｙｅｓ）、充電が完了しているので、充電を停止する。このため、満充電を適切に検出でき、１００％容量まで過充電となることなく充電することが可能となる。即ち、本実施形態では、上記３種類の充電完了判断にて充電を停止するため、満充電を適切に検出できる。なお、上記ステップ２２２、又は／及び、ステップ２２４の判断を省略しても充電完了の判断は可能である。
【００５３】
また、第３実施形態の充電方式では、電池パック側に保持されたデータに基づき充電を行うため、電池パックの仕様の変更・新設計が容易であり、古い形の充電装置に対しても、最新のデータに基づき最適な充電制御を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る充電装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電池パックの斜視図である。
【図３】図２に示す電池パックを用いる電池ドリルの斜視図である。
【図４】図１に示す充電装置の制御回路を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の充電装置の充電原理を示す説明図である。
【図６】充電装置により制御される充電電流及び電池温度の変化を示すグラフである。
【図７】充電装置により制御される充電電流及び電池温度の変化を示すグラフである。
【図８】第１実施形態の充電装置の制御部による処理を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の充電装置の充電原理を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態の充電装置の制御原理を示す説明図である。
【図１１】第２実施形態の充電装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１２】第２実施形態の充電装置の制御部による処理を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施形態の充電装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１４】第３実施形態の充電装置の制御部による処理を示すフローチャートである。
【図１５】第３実施形態の充電方式の制御原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  充電装置
３０  制御回路
３２  電源回路
３４  充電電流制御部
３６  制御部
３８  温度検出部
３９  記憶部
５０  電池パック
Ｂ    ニッケル水素電池
【図１】
0003638483.tif 000002
【図２】
0003638483.tif 000003
【図３】
0003638483.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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