(57)【要約】【課題】  電池性能を低下させることなく、短時間で急速充電すると共に、周囲の状況に影響されにくく、短時間で充電できる充電方法を提供することを目的とする。【解決手段】  電池の充電方法は、電池温度を検出して、電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御する充電方法であって、冷却ファン２５を駆動して周囲空気を電池に当てて冷却しつつ、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する温度保持充電工程からなることを特徴とする。【選択図】  図１
2006073406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電池温度を検出して、該電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御する充電方法であって、
冷却ファンを駆動して周囲空気を前記電池に当てて冷却しつつ、前記電池温度を前記保持設定温度に保持しながら充電する温度保持充電工程からなることを特徴とする充電方法。
【請求項２】
前記温度保持充電工程より前に、前記電池温度を上昇させる大きな電流で充電して前記電池温度を前記保持設定温度まで上昇させる温度上昇充電工程を備え、該温度上昇充電工程で充電されて前記電池温度が前記保持設定温度になると、前記温度保持充電工程に移ると共に、
前記温度上昇充電工程において、前記冷却ファンを駆動して周囲空気を前記電池に当てて冷却しつつ充電する請求項１に記載される充電方法。
【請求項３】
前記温度保持充電工程時の前記冷却ファンの回転速度を、前記温度上昇充電工程時の前記冷却ファンの回転速度より、低い速度にしたことを特徴とする請求項２に記載される充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池をできるかぎり短い時間で急速充電する充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の充電方法を採用した充電器が、本出願人より、日本国内で既に発売されている。その充電方法とは、電池温度を検出して平均充電電流を制御する充電方法において、電池温度を上昇させる大きな電流で充電して電池温度を保持設定温度まで上昇させる温度上昇充電工程と、この工程の後、電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御して、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する温度保持充電工程とからなる充電方法である。（本出願人の特許文献１参照）
【特許文献１】特願２００３−３４９５４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような充電方法は、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電するときに、充電器が置かれた周囲の状況に影響され易い。つまり、例えば、周囲温度が低いとき（＝電池温度も低いとき）には、保持設定温度になるまでに時間を要すると共に、保持設定温度においても周囲温度が低いことより電池からの放熱も大きく、その分電流を大きくして充電することができ、充電量も多くなる。また、例えば、周囲温度が高いとき（＝電池温度も高いとき）には、保持設定温度になるまでに時間が短いと共に、保持設定温度においても周囲温度が高いことより電池からの放熱も小さく、その分、電流も小さくして充電する。よって、周囲温度が高いときには充電量が小さくなってしまう。
本発明はこのような問題点を解決するために成されたものであり、電池性能を低下させることなく、短時間で急速充電すると共に、周囲の状況に影響されにくく、短時間で充電できる充電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の充電方法は、電池温度を検出して、該電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御する充電方法であって、冷却ファンを駆動して周囲空気を前記電池に当てて冷却しつつ、前記電池温度を前記保持設定温度に保持しながら充電する温度保持充電工程からなることを特徴とする。
【０００５】
また、前記温度保持充電工程より前に、前記電池温度を上昇させる大きな電流で充電して前記電池温度を前記保持設定温度まで上昇させる温度上昇充電工程を備え、該温度上昇充電工程で充電されて前記電池温度が前記保持設定温度になると、前記温度保持充電工程に移ると共に、前記温度上昇充電工程において、前記冷却ファンを駆動して周囲空気を前記電池に当てて冷却しつつ充電する。
【０００６】
更には、前記温度保持充電工程時の前記冷却ファンの回転速度を、前記温度上昇充電工程時の前記冷却ファンの回転速度より、低い速度にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の充電方法は、電池性能を低下させることなく、極めて短い時間に急速充電できる特長がある。それは、本発明の充電方法が、冷却ファンを駆動して周囲空気を電池に当てて冷却しつつ、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電することで、例えば、充電する際に電池への悪影響や性能低下が発生する温度以下で、最大付近の温度の保持設定温度において、大きな電流にて急速に充電することが可能であるからである。そして、冷却ファンにて電池を冷却していることより、電池の温度上昇を押さえ、より大きな電流で充電することが可能である。更には、上記の従来の問題点である周囲温度が高いときに充電量が小さくなる問題についても、冷却ファンにて電池を冷却していることより、電池の温度上昇を押さえ、より大きな電流で充電できることより、充電量が大きくなる。
【０００８】
また、温度保持充電工程より前における電池温度を上昇させる大きな電流で充電して電池温度を保持設定温度まで上昇させる温度上昇充電工程においても、冷却ファンにて電池を冷却していることより、電池の温度上昇を押さえ、より大きな電流で充電することが可能である。
【０００９】
更には、前記温度保持充電工程時の前記冷却ファンの回転速度を、前記温度上昇充電工程時の前記冷却ファンの回転速度より、低くしたことより、以下の効果がある。この温度保持充電工程時に電池の満充電を、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）でも検出する場合は、冷却ファンの回転速度が低いことより、電池が必要以上に冷却されて温度が低下し満充電を誤検出することを防止し、適切に−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）の満充電を検出できる。また、この温度保持充電工程時に、所定の電池温度（例えば、６２℃）以上で満充電を検出する場合は、冷却ファンの回転速度が低いことより、電池が必要以上に冷却されて温度が低下し満充電状態であるにもかかわらず所定の電池温度に至らず過充電状態が続くことを防止し、適切に所定の電池温度以上の満充電を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電方法を例示するものであって、本発明は充電方法を以下の方法に特定しない。
【００１１】
図１に示す充電回路は、電池４１に充電電流を供給して充電する電源回路２と、電源回路４２と電池４１との間に接続されて電池４１の平均充電電流を調整するスイッチング素子４３と、このスイッチング素子４３をオンオフに切り換えて、充電電流を調整する制御回路４４と、電池温度を検出して制御回路４４に温度信号を入力する温度センサー４５とを備える。
電池４１は、規格上の単１〜４型電池等を使用する場合は、充電器（図示なし）に電池４１を設置したときに、温度センサー４５が電池４１に密着するように配置される。また、電池４１がパック電池である場合には、温度センサー４５は、パック電池内の素電池に密着させて配置される。
また、本実施例の充電器は、制御回路４４にて制御され、周囲の空気を電池４１に当てて電池４１を冷却するための冷却ファン２５を備えている。本実施例においては、後述するように、電池４１の充電状態に応じて、冷却ファン２５は、停止、低速、中速、高速に制御される。
【００１２】
この充電回路が電池４１を充電するときの電池温度が上昇する特性と、電池電圧が変化する特性を図２のグラフに示している。この図２において、曲線Ａは電池温度が上昇する特性を、曲線Ｂは電池電圧（充電開始時の電池温度２５℃）が変化する特性を示している。この図に示すように、図１の充電回路は、満充電されるときに電池温度が上昇する割合を小さくするのではなく、充電を開始した最初の温度上昇充電工程において、電池温度を上昇所定温度まで上昇させ、その後は温度保持充電工程において、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する。したがって、最初に大きな電流を流して電池温度を上昇させる。いいかえると、電池温度が上昇する程度に大きな電流を流して電池４１を充電する。このとき、電池４１は大きな電流で充電されるが、電池温度が高くならないので、電池性能が低下することはなく、この時間帯に大きな容量を充電できる。
この図において、曲線Ｘは、本実施例において、冷却ファン７を動作させて充電を行ったときの電池温度を示し、Ｘ(１０℃)、Ｘ(２５℃)、Ｘ(３０℃)は充電開始時の電池の温度が、各々、１０℃、２５℃、３０℃の電池の温度上昇を示している。点線で示す曲線Ｙは、温度上昇充電工程だけにおいて、冷却ファン２５が動作しないときの電池温度の上昇を示しており、Ｙ(１０℃)、Ｙ(２５℃)、Ｙ(３０℃)は充電開始時の電池の温度が、各々、１０℃、２５℃、３０℃の温度上昇を示している。冷却ファン２５が動作しないときは、温度上昇が大きいことが理解できる。そして、冷却ファン２５が動作しないときは、温度上昇が大きく、電池温度が、後述する上昇所定温度、保持設定温度に短時間で到達することより、充電電流を減少させる必要があり、このため、充電時間が長くなる。
【００１３】
電源回路４２は、スイッチング素子３をオンにする状態で、電池４１を、平均電流１．５Ｃ〜１０Ｃ、好ましくは２Ｃ〜８Ｃ、さらに好ましくは２Ｃ〜５Ｃの大きな電流で充電する出力を有する。電源回路は、制御回路とは別のアダプターとしてリード線を介して制御回路に接続することができる。ただ、電源回路を制御回路と同じケースに収納することもできる。
【００１４】
充電回路は、図１に示すように複数の電源回路４２を切り換えて電池４１を充電することもできる。複数の電源回路２は、切換スイッチ６を介してスイッチング素子４３に接続される。切換スイッチ４６は、電池４１を充電する電源回路４２を切り換える。複数の電源回路４２は、電池４１をパルス充電するときのピーク電流が異なる。電池４１は平均充電電流が同じであっても、パルス充電するピーク電流が大きいと発熱が大きくなる。このため、電池４１を大電流で充電するとき、ピーク電流が小さくなる電源回路４２に切り換えて、電池１を充電すると、電池４１の発熱を少なくできる。したがって、電池４１をより大きな平均充電電流で充電して電池温度の上昇を少なくできる。
【００１５】
スイッチング素子４３はトランジスターやＦＥＴで、制御回路４４にスイッチングされて電池４１をパルス充電する。スイッチング素子４３は、スイッチングされないでオン状態に保持されて、電池４１を最初に大電流で充電して電池温度を所定の温度である上昇所定温度、保持設定温度まで上昇させる。この場合、定電流充電となる。また、スイッチング素子４３は、所定のデューティー比でオンオフにスイッチングされて、電池４１を最初にパルスの大電流（平均電流値が大きい大電流）で充電して所定の温度である上昇所定温度、保持設定温度まで上昇することもできる。
【００１６】
スイッチング素子４３は、オンオフに切り換えられるデューティー比で電池４１をパルス充電する平均充電電流を調整する。パルス充電するときのデューティー比（Ｑ）は、スイッチング素子４３をオンにする時間（ｔｏｎ）とオフにする時間（ｔｏｆｆ）との比率であるから以下の式で表される。
Ｑ＝ｔｏｎ／（ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ）
したがって、スイッチング素子４３がオンオフに切り換えられるデューティー比を小さくすると平均充電電流は小さくなり、反対にデューティー比を大きくすると平均充電電流は大きくなる。
【００１７】
制御回路４４は、温度センサー４５から入力される信号で電池温度を検出して、スイッチング素子４３を所定のデューティー比でオンオフに切り換える。スイッチング素子４３をオンオフに切り換えるデューティー比は、電池温度が高い状態では小さく、電池温度が低くなると大きくして、電池温度を保持設定温度に保持する。図２に示すように、充電を開始する最初には電池温度が低いので、電池温度が上昇所定温度まで上昇するまでは大きな電流で充電し、その後は電池４１の温度を保持設定温度に保持するように、制御回路４４がスイッチング素子４３のデューティー比を制御する。制御回路４が、スイッチング素子３をオンオフに切り換える周期は、１ｍｓｅｃ〜１０ｓｅｃ、好ましくは１０ｍｓｅｃ〜２ｓｅｃ、さらに好ましくは５０ｍｓｅｃ〜２ｓｅｃとする。
【００１８】
制御回路４４は、温度センサー４５で検出した電池温度が保持設定温度よりも低いとき、デューティー比を大きくして、電池４１をパルス充電する平均充電電流を大きくして電池温度を上昇させる。電池温度が保持設定温度まで上昇すると、デューティー比を小さくして電池温度が保持設定温度を越えないように、また保持設定温度から低下しないようにスイッチング素子３のデューティー比を制御する。したがって、制御回路４４は電池４１を定電流で充電することはなく、また定電圧で充電することもない。制御回路４４は、スイッチング素子４３のデューティー比を制御して、電池４１を充電する平均充電電流を制御し、電池４１の温度が図２のカーブを示すようにコントロールする。
【００１９】
図１の充電回路は、以下の工程で電池４１を充電する。以下は、ニッケル−水素電池の充電方法を例示するが、ニッケル−カドミウム電池も充電電流を変更して同じように充電できる。
(1)  まず、充電開始の前に、充電回路において、充電する電池４１の温度を温度センサー
４５で検出する。制御回路４４は、検出した電池温度が開始設定温度範囲にあるとき、温度上昇充電工程を開始する。温度上昇充電工程を開始する電池４１の開始設定温度範囲は０〜４０℃、好ましくは１０〜３０℃とする。電池温度が開始設定温度範囲よりも低いとき、あるいは高いときには、電池電圧を検出しながら通常充電を開始する。通常充電は、充電電流を１Ｃ以下に制限し、電池電圧を検出しながら、電池電圧がピーク電圧となり、あるいはΔＶを検出して満充電する。
さらに、電池４１の残容量を電圧から検出する。満充電に近い電池が、次の温度上昇充電工程で充電されると過充電されて、電池性能が低下するからである。電池電圧が設定電圧よりも低い電池は、残容量が少ないと判別して、温度上昇充電工程で充電を開始する。電池の電圧が設定電圧よりも高い電池は、残容量が大きく、温度上昇充電工程で充電すると過充電すると判別して、通常充電を開始する。
また、ここで、残容量の把握のため電池電圧を測定するに際し、より適切に残容量を反映した電池電圧とするために、電池４１を一定時間（例えば、５〜６０Ｓ）充電（例えば、電流１．５Ｃ〜１０Ｃ）し、一定時間（例えば、０．５〜３分）経過後、電池電圧を測定してもよい。
【００２０】
さらに充電を開始するときに電池４１の内部抵抗を検出し、内部抵抗が所定の電気抵抗よりも高いときには、温度上昇充電工程に移行しないで通常充電をする。通常充電の後、内部抵抗が所定の電気抵抗よりも小さくなると、温度上昇充電工程を開始することもできる。
【００２１】
(2)  電池４１の温度が開始設定温度範囲にあり、かつ電池電圧が保持設定電圧よりも低い
場合は、温度上昇充電工程を開始する。温度上昇充電工程は、電池温度を所定の温度勾配で上昇させる大きな電流で充電する。この工程においては、電池温度の上昇勾配が約３℃／分となる平均充電電流で充電する。単三型タイプで公称容量が２１００ｍＡｈのニッケル−水素電池の場合、平均充電電流を２Ｃ〜３Ｃとして温度上昇勾配が約３℃／分となる。ただし、この工程において、温度の上昇勾配を１℃／分〜５℃／分とする平均充電電流で充電することができる。また、電池４１の平均充電電流を１．５Ｃ〜１０Ｃとすることもできる。
ここで、冷却ファン２５は、制御回路４４にて制御されて、高速で回転される。この温度上昇充電工程においては、充電初期で電池温度が比較的低く、電池劣化する高温度より低いことより、温度上昇が大きい大電流で充電できる。冷却ファン２５を高速で回転して多量の冷却空気を電池４１に当て、電池温度の上昇を押さえながら、大電流で充電する。
また、ここで、所定の平均電流値（例えば、２．５Ｃ）で充電するとき（通常であれば温度上昇勾配は２℃／分〜３℃／分となる）、所定の温度上昇勾配（例えば、５℃／分）以上を検出したとき、或いは、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）を検出したとき、電池が満充電であるとして、充電を終了し、過充電を防止する。上述のように充電開始前に、電池の電圧を測定して、残容量を検出して、残容量が多い電池を通常充電し過充電を防止しているものの、電池電圧により残容量を判断する場合、電池電圧が適正に残容量を反映していない場合があり、この工程により、このような電池の過充電を防止している。つまり、仮に、実際の残容量が多いものの、電池電圧が低く残容量が小さいと判断し温度上昇充電工程で大電流にて充電する場合、上記のように、所定の温度上昇勾配以上、或いは、−ΔＶを検出したとき、電池が満充電あると判断し、過充電を防止している。
この工程において、スイッチング素子３はオン状態に保持され、あるいはスイッチング素子３のデューティー比を大きくして、平均充電電流を前述の範囲とする。電池温度が上昇所定温度になって保持設定温度に近くなると、たとえば保持設定温度を５７〜６０℃に設定する場合、上昇所定温度（たとえば、約５５℃）に近付くと、上昇所定温度（たとえば、約５５℃）を検出し、平均充電電流を少なくして、電池４１の温度上昇勾配を小さくする。
【００２２】
図２は、電池温度が上昇所定温度約５５℃になると、この温度を検出して、平均充電電流を小さくして温度上昇勾配を緩くし、保持設定温度に近づいている（図２に示す温度上昇充電工程である）。平均充電電流は、スイッチング素子４３をオンオフするデューティー比を小さくして制御される。このように、電池４１の温度が保持設定温度に近くなり上昇所定温度になると平均充電電流を少なく制御する方法は、電池温度が保持設定温度を越えてオーバーシュートするのを防止して、電池４１が高温障害で劣化するのを有効に阻止できる。ただし、電池４１の温度が保持設定温度になるまで、電池４１の温度が所定の温度勾配で上昇する平均充電電流で充電することもできる。
そして、上記の上昇所定温度を検出して、平均充電電流を低減し、後述する保持設定温度に至る間、冷却ファン２４は、制御回路４４にて制御されて、中速で回転される。上述の温度上昇充電工程での高速回転よりも、中速回転とするのは、高速回転で冷却すると、平均充電電流を小さくなっているので電池が必要以上に冷却されて温度が低下し、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）低下して、誤って満充電を検出することを防止しているからである。
また、温度上昇充電工程において、所定の時間（例えば、１５分）内に、所定の温度（例えば、約５５℃の上昇所定温度、又は、後述する保持設定温度）に到達しないときは、後述する温度保持充電工程における平均充電電流（温度上昇充電工程での平均充電電流の半分程度の約１．５Ｃ）程度とし、温度保持充電工程での充電制御とすることができる。これにより、充電開始前の電池温度が低温（約０〜１０℃程度）の電池において、急激に温度が上昇し、電池に悪影響を及ぼすことを低減できる。
【００２３】
(3)  温度上昇充電工程の終わりに、電池温度が保持設定温度まで上昇すると、電池温度
が保持設定温度に保持されるように、平均充電電流を制御して温度保持充電工程で電池４１を充電する。この温度保持充電工程においては、制御回路４４がスイッチング素子４３をオンオフに切り換えるデューティー比を制御して、パルス充電の平均充電電流を調整して、電池温度を保持設定温度に保持する。この工程において、温度センサー４５が電池温度を検出して、温度信号を制御回路４４に入力する。制御回路４４は、検出された電池温度で、スイッチング素子４３をオンオフに切り換えるデューティー比を制御する。電池温度が高くなると、デューティー比を小さくして平均充電電流を減少させて電池温度を低下させ、電池温度が低くなるとデューティー比を大きくして平均充電電流を増加させて電池温度を上昇させて、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する。また、温度保持充電工程において、電池温度は、一定温度（例えば、５８℃）に保持することが望ましい。
ここで、保持設定温度は、電池の悪影響、性能低下が発生する温度以下で、最大付近の温度に設定される。また、使用者が電池４１に触れても問題がなく、熱い電池４１を異常と感じない程度に設定される。このような保持設定温度は、上限としては、最大で略７０℃であって、好ましくは６５℃以下であって、更に好ましくは、６３℃以下に設定される。保持設定温度の範囲としては、好ましくは５０〜６５℃、更に好ましくは、５３〜６３℃、これ以上に好ましくは、５６〜６１℃、そして、５７〜６０℃に設定される。
【００２４】
また、電池温度を保持設定温度に保持するためには、本実施例においては、以下のように制御される。まず、保持設定温度において、制御規定温度を所定温度（例えば、５８℃）に設定する。そして、検出される電池温度が、この制御規定温度より、たとえば、１℃上昇する毎に、段階的に平均充電電流を低下させ、また、検出される電池温度が、この制御規定温度より１℃低下する毎に、段階的に平均充電電流を上昇させる。このような制御により、電池温度を保持設定温度に保持して充電される。
上記の制御規定温度に代わって、制御規定温度を所定の温度範囲（例えば、５７〜５９℃）に設定してもよい。そして、検出される電池温度が、この制御規定温度より、たとえば、１℃上昇する毎に、段階的に平均充電電流を低下させ、また、検出される電池温度が、この制御規定温度より１℃低下する毎に、段階的に平均充電電流を上昇させる。このような制御により、電池温度を保持設定温度に保持して充電する。
【００２５】
この温度保持充電工程において、電池４１が満充電に近付くと、平均充電電流を小さくしても、電池温度が上昇する傾向が強くなる。したがって、電池４１が満充電に近付くと、電池温度が上昇し、又は上昇しようとするが、電池温度を保持設定温度に保持するように、平均充電電流が低減される。つまり、制御回路４４はスイッチング素子４３をオンオフに切り換えるデューティー比を極めて小さく制御する。このため、電池４１が満充電に近くなると、制御回路４４は平均充電電流を急激に減少させる。したがって、温度保持充電工程においては、電池４１の満充電を検出して充電を停止しなくとも、平均充電電流が急激に減少されて過充電が防止される。本実施例の温度保持充電工程における充電終了については、タイマーで充電を終了している。タイマーは、電池４１が略満充電となるように電池４１を充分に充電できる時間（例えば、略１５分程度）に設定している。また、本実施例においては、上述のように、満充電近くで電池温度が上昇し、平均充電電流が低減するので、この低減された電流を検出したときは、タイマーの設定時間より前でも充電を終了している。
また、温度保持充電工程において、所定の温度上昇勾配（例えば、２℃／分）以上、所定の電池温度（例えば、６２℃）以上、或いは、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）を検出したとき満充電として、充電を停止する機能も備えている。
そして、この温度保持充電工程においては、冷却ファン２５は、制御回路４４にて制御されて、低速で回転される。上述の上昇所定温度を検出してから後述する保持設定温度に至る間の中速回転より、低速回転とするのは以下の理由からである。温度保持充電工程においては、上昇所定温度を検出してから後述する保持設定温度に至る間より、通常、平均充電電流が小さくなることより、中速或いは高速回転で冷却すると、電池が必要以上に冷却されて温度が低下し、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）低下して、誤って満充電を検出することを防止しているからである。
特に、ニッケル−水素電池の単３サイズにおいては、同じサイズにも係らず、種々の電池容量が１７００ｍＡＨから２５００ｍＡＨまでのものがある。充電器を使用するユーザーは、以前に販売された容量の小さい電池(例えば、１７００ｍＡＨ)も保有しており、このような電池を本実施例の充電器にて、充電することがある。
本実施例の充電器では、現時点の最大容量である２５００ｍＡＨの電池が満充電となるように、タイマー時間、電流値等が設定されている。
よって、例えば、容量の小さい１７００ｍＡＨの電池を充電するなら、タイマー時間以前に満充電となる。従って、本実施例においては、上述のように所定の電池温度（例えば、６２℃）以上で満充電を検出する機能があるので、このような容量の小さい電池は、マイマー時間以前に、電池温度を検出して満充電を検出することになる。ここで、もし、冷却ファン７が高速、中速で回転するなら、このような容量の小さい電池が満充電状態で温度が上昇しようとしているにも係らず、冷却ファン２５による大きな冷却により、測定される電池温度が上昇せず、電池の過充電が進むことになる。このような問題を解決するため、本実施例においては、この温度保持充電工程においては、冷却ファン７が、温度上昇充電工程での高速、中速回転より低速の低速回転で回転されることより、温度保持充電工程において満充電状態の電池の温度上昇を適切に検出することができる。
また、ここで冷却ファン２５を停止することなく、低速で回転するのは、電池の温度上昇を押さえて、より大きい平均充電電流にて短時間で充電するためである。
【００２６】
さらに温度保持充電工程で電池４１を充電しているときに、電池４１の内部抵抗を検出し、内部抵抗が所定の電気抵抗よりも高くなると、通常充電をして電池４１の充電電流を小さくする。通常充電においても、電池１の温度が保持設定温度よりも高くならないようにする。
【００２７】
(4)  以上の温度上昇充電工程と温度保持充電工程で、電池４１はほぼ満充電されるが、完全には満充電されない。温度保持充電工程の後は、通常充電して電池１を完全に満充電することができる。
【００２８】
以上の充電方法は、温度上昇充電工程と温度保持充電工程において電池４１をパルス充電しているが、本発明は必ずしもパルス充電するデューティー比を制御して平均充電電流を調整する必要はない。たとえば、温度上昇充電工程と温度保持充電工程において、連続して充電する充電電流を制御して、平均充電電流を所定の電流として電池を充電することもできる。
【００２９】
次に、図１に示す充電回路を利用して、各電池４１に対応して、温度センサー４５、スイッチング素子４３を設けることで、複数の電池４１を充電する充電器とすることもできる。このような充電器の構造の例を、以下に詳細に説明する。
【００３０】
図３ないし図１０に示す充電器は、外形が略直方体の箱形で、充電する電池２を脱着できるように装着する電池ポケット３をケース１の上面に設けている。図４の平面図に示すケース１は、この図において下部に電池ポケット３を設けている。電池ポケット３には、ここに装着される電池２の温度を検出する温度検出部１２を設けている。さらに、充電器は、温度検出部１２で電池温度を検出して、電池２の平均充電電流を制御する充電回路（図示せず）をケース１内の回路基板５に実装している。なお、本充電器は、図４の紙面において、電源線３２、ソケット３３等を除いて、基本的に左右対称構造である。
【００３１】
ケース１は、樹脂材料製であって、下ケース１Ｂと上ケース１Ａとからなり、下ケース１Ｂに上ケース１Ａを連結して、内部に回路基板５を内蔵している。回路基板５は、下ケース１Ｂに固定されている。回路基板５には、電池ポケット３にセットされる電池２の正負の電極に接続される出力端子６、７を固定している。出力端子６、７は、弾性変形する金属板である。図の充電器は、図４に示されるように、電池ポケット３に、４個の単三電池２Aをセットして充電するので、４対の出力端子６、７を設けている。
【００３２】
さらに、図の充電器は、寸法が異なる単三電池２Ａと単四電池２Ｂの両方の電池２を充電できる。単電池である充電式の単三電池２Ａと単四電池２Ｂは、細長く延在する円筒形の電池であって、詳細には、両端に正負の電極を設けて、電極以外の金属缶の表面を樹脂チューブで被覆している。
【００３３】
まず、単三電池２Ａを充電する状態を、図４ないし図７に示している。単三電池２Ａは、切換出力端子８を倒した状態で電池ポケット３にセットされる。単三電池２Ａは、正極側の電極を出力端子６に、他端の負極側の電極を出力端子７に接触させて充電する。なお、図４においては、左端の保持部１１に位置する単三電池２Ａを実線で、他の保持部１１に位置する単三電池２Ａを鎖線で示し、合計で、４本装着することができる。また、単三よりサイズの小さい単四電池２Ｂを充電する状態を、図９と図１０に示す。これ等の図に示すように、単四電池２Ｂは、切換出力端子８を垂直に起こした状態で、電池ポケット３において図４の紙面における左右両側に、２本、セットして充電される（図９においては、単四電池２Ｂが１本のみが開示されている）。この姿勢の切換出力端子８は、図１０に示すように、金属製の補助端子１０を介して、単四電池２Ｂの電極に出力端子６を接続する。補助端子１０は、単四電池２Ｂの電極と出力端子６との間にあって、出力端子６を単四電池２Ｂの電極に接続する。この構造により、単三電池２Ａより短い単四電池２Ｂが、出力端子６に接続される。出力端子７は単四電池２Ｂの負極側の電極に接続される。
【００３４】
切換出力端子８は、プラスチック製の支持部材９に補助端子１０を固定している。補助端子１０は、図１０に示すように、切換出力端子８を起こす姿勢で、単四電池２Ｂの電極と出力端子６の間にあって、出力端子６を単四電池２Ｂの電極に接続する。支持部材９は、図１１に示すように、各補助端子１０を固定している略板状の絶縁ベース部９Ａと、これら絶縁ベース部９Ａを連結している連結部９Ｂとを備える。切換出力端子８は、図８に示すように、各絶縁ベース部９Ａに単四電池２Ｂの凸部電極２ａである正極側の電極を挿入できる凹部９ａを設けて、この凹部９ａの底部を貫通して補助端子１０を配置して、補助端子１０を単四電池２Ｂの凸部電極２ａである正極側の電極に接触できるようにしている。支持部材９は、絶縁ベース部９Ａの板状の面が、水平な姿勢から垂直姿勢に回転できるように、両端に突出する軸部９Ｃをケース１や回路基板５に回転できるように連結する。また、支持部材９は、その板状の面が垂直姿勢に起こされた状態においては、図８に示すように、単四電池２Ｂの下部を保持するために、逆さハの字状の支持凸部９Ｄを有している。
【００３５】
図１０は、単四電池２Ｂを充電する状態を示す。この状態で、切換出力端子８は、絶縁ベース部９Ａが垂直姿勢に起こされて、単三電池２Ａの出力端子６の前方に配設される。絶縁ベース部９Ａが垂直に起こされると、補助端子１０は単四電池２Ｂの充電回路（図示せず）に接続される。そして、単四電池２Ｂを充電するときは、切換出力端子８の軸部９Ｃに一体に形成されたスイッチ押圧部９Ｅが回路基板５上に設置された位置スイッチ１５の押圧を解除して、この位置スイッチ１５をオフにすることで、単四電池２Ｂの充電回路に接続させている。また、図７に示すように、絶縁ベース部９Ａが水平に倒されて、単三電池２Ａを充電するときは、スイッチ押圧部９Ｅが回転することで、位置スイッチ１５を押圧してオンとして、単三電池２Ａの充電回路に接続される。スイッチ押圧部９Ｅは、図７と図１０に示すように、支持部材９の軸部９Ｃから突出するカムである。このスイッチ押圧部９Ｅは、絶縁ベース部９Ａを水平に倒す状態で、回路基板５上に設置された位置スイッチ１５をカムの先端で押圧し、絶縁ベース部９Ａを垂直に起こす状態で、カムが回転して位置スイッチ１５の押圧を解除する構造としている。
【００３６】
単三電池２Ａを充電するときは、図３と図７に示すように、切換出力端子８の絶縁ベース部９Ａは水平に倒されて、単三電池２Ａの出力端子６の前方から下方に移動される。この位置に移動された絶縁ベース部９Ａは、単三電池２Ａを電池ポケット３にセットするのに邪魔にならない。いいかえると、絶縁ベース部９Ａは単三電池２Ａを電池ポケット３にセットするのに邪魔にならない位置に移動される。この状態で、電池ポケット３に単三電池２Ａが装着されると、単三電池２Ａは回路基板５に固定している出力端子６に接続される。出力端子６は充電回路（図示せず）に接続されて、単三電池２Ａを充電する。
このような充電回路は、後述するように、電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御し、短時間に充電する。
【００３７】
図に示すケース１は、電池ポケット３に、円筒状の電池２の両端部分を位置ずれしないように保持する、第１の保持部１１Ａと第２の保持部１１Ｂからなる一対の保持部１１を設けている。第１の保持部１１Ａは、図５と図９に示すように、単三電池２Ａの保持部である円形開口１３と、単四電池２Ｂの保持部である弾性アーチ１４からなる。円形開口１３は、単三電池２Ａの負極側の端部を挿入して保持するように、ケース１の表面を貫通して設けている。円形開口１３は、円筒型電池である単三電池２Ａの端部を挿入するので、その内形を単三電池２Ａの外形よりもわずかに大きくしている。円形開口１３の内形を単三電池２Ａの外形よりもわずかに大きくするとは、単三電池２Ａを円形開口１３にスムーズに出し入れできるが、挿入される状態で位置ずれしないように保持できる形状を意味する。
【００３８】
単四電池２Ｂの保持部である弾性アーチ１４は、単四電池２Ｂの端部を挿入して保持するので、その内形を単四電池２Ｂの外形よりもわずかに大きくしている。弾性アーチ１４の内形を単四電池２Ｂの外形よりもわずかに大きくするとは、単四電池２Ｂを弾性アーチ１４にスムーズに出し入れできるが、挿入される状態で位置ずれしないように保持できる形状を意味する。ただし、弾性アーチ１４の内形は、単三電池２Ａの外形よりも小さく、単三電池２Ａを挿通できない形状としている。
【００３９】
単四電池２Ｂは、弾性アーチ１４に挿入して電池ポケット３の定位置にセットされる。定位置に配置される単四電池２Ｂは、温度検出部１２に正常に接触して電池温度が検出される。定位置に配置されない単四電池２Ｂは、温度検出部１２で正確に温度を検出できない。温度検出部１２が単四電池２Ｂの温度を正常に検出して充電するために、弾性アーチ１４は単四電池２Ｂを正常な位置にセットしているかどうかを検出する機構を備える。
【００４０】
弾性アーチ１４は、図１２と図１３の拡大斜視図に示すように、導電性のある弾性金属線をＵ字状に湾曲して、両端を回路基板５に固定している。図の弾性アーチ１４は、スムーズに傾動できるように、下端にコイルスプリング部１４Ａを設けている。弾性アーチ１４は、電池２に押圧されない状態では、図１２に示すように、出力端子７から離れた位置にあり、図１４に示すように、単四電池２Ｂを挿通して定位置に保持する位置にある。単三電池２Ａに押されると、図１５に示すように、弾性的に変形して出力端子７に接触する。また、正常な位置にセットされない単四電池２Ｂに押されても、出力端子７に接触する。すなわち、弾性アーチ１４は、単三電池２Ａを正常な位置にセットするときに出力端子７に接触し、単四電池２Ｂを正常な位置にセットするときに出力端子７に接触しない。したがって、弾性アーチ１４が出力端子７に接触するかどうかを検出して、単四電池２Ｂが正常な位置にセットされたことを検出できる。
【００４１】
弾性アーチ１４が出力端子７に接触したかどうかを検出する検出回路１６の回路図を図１６に示す。弾性アーチ１４は、出力端子７に接触する状態でオン、出力端子７に接触しない状態でオフとなってワイヤーフォーミングＳＷ１７を構成する。ワイヤーフォーミングＳＷ１７は、弾性アーチ１４と出力端子７を接点とし、一方の接点となる出力端子７は、電池２の負極に接続されるのでアース側に接続される。図の検出回路１６は、ふたつの抵抗器を直列に接続している分圧抵抗１８と、分圧抵抗１８の中間接続点１９の電圧を検出するマイコン等の電圧検出回路２０とを備える。分圧抵抗１８は、ワイヤーフォーミングＳＷ１７を直列に接続して電源２１に接続している。図の検出回路１６は、分圧抵抗１８の一端を電源２１のプラス側に、他端をワイヤーフォーミングＳＷ１７を構成する弾性アーチ１４に接続して、ワイヤーフォーミングＳＷ１７の出力端子７を電源２１のマイナス側であるアース２２に接続している。さらに、この検出回路１６は、単三電池２Ａと単四電池２Ｂを切り換える切換出力端子８の回転位置を検出する位置スイッチ１５も備える。位置スイッチ１５は、分圧抵抗１８の中間接続点１９とアース２２との間に接続される。この位置スイッチ１５は、単三電池２Ａの充電位置でオン、単四電池２Ｂの充電位置でオフに切り換えられる。
【００４２】
以上の検出回路１６は、以下の動作をして、単三電池２Ａと単四電池２Ｂが正常な位置にセットされたかどうかを判定する。
(1)  単三電池２Ａが正常にセットされるとき
この状態において、位置スイッチ１５とワイヤーフォーミングＳＷ１７がオンになる。図７に示すように、位置スイッチ１５は、単三電池２Ａの充電位置でオンとなり、ワイヤーフォーミングＳＷ１７は、単三電池２Ａで弾性アーチ１４が出力端子７に接触されるオンになるからである。位置スイッチ１５がオンになるので、中間接続点１９の電圧は０Ｖとなる。したがって、中間接続点１９が電圧が０Ｖであることを確認して、単三電池２Ａの充電を開始する。位置スイッチ１５がオンになると、ワイヤーフォーミングＳＷ１７のオンオフにかかわらず、中間接続点１９の電圧は０Ｖとなる。したがって、この状態でワイヤーフォーミングＳＷ１７のオンオフは判定できないが、単三電池２Ａをセットする状態では、ワイヤーフォーミングＳＷ１７は必ずオンになるので、ワイヤーフォーミングＳＷ１７のオンオフを検出する必要はない。ワイヤーフォーミングＳＷ１７が必ずオンになるのは、弾性アーチ１４の内形を単三電池２Ａの外形よりも小さくしているからである。
【００４３】
(2)  単四電池２Ｂが正常にセットされるとき
この状態において、位置スイッチ１５とワイヤーフォーミングＳＷ１７がオフになる。図１０に示すように、位置スイッチ１５は、切換出力端子８が単四電池２Ｂの充電位置に切り換えられてオフとなり、ワイヤーフォーミングＳＷ１７は、弾性アーチ１４に単四電池２Ｂを挿通して、弾性アーチ１４が出力端子７に接触しない状態となってオフとなるからである。位置スイッチ１５とワイヤーフォーミングＳＷ１７がオフとなるので、分圧抵抗１８の中間接続点１９の電圧は電源電圧となる。したがって、中間接続点１９の電圧が、電源電圧となる状態では、単四電池２Ｂが正常にセットされたと判定して、単四電池２Ｂの充電を開始する。
【００４４】
(3)  単四電池２Ｂが正常にセットされないとき
単四電池２Ｂが正常にセットされず、図１７に示すように弾性アーチ１４を出力端子７に押し付ける状態になると、ワイヤーフォーミングＳＷ１７がオンになる。この状態では、位置スイッチ１５がオフでワイヤーフォーミングＳＷ１７がオンとなるので、分圧抵抗１８の中間接続点１９の電圧は、電源電圧を分圧抵抗１８の電気抵抗の比率で分圧した電圧となる。分圧抵抗１８に同じ電気抵抗の抵抗器を直列に接続する場合、中間接続点１９の電圧は電源電圧の１／２となる。
したがって、中間接続点１９の電圧が、電源電圧を分圧抵抗１８で分圧する電圧となる電圧、たとえば電源電圧の１／２となるとき、単四電池２Ｂが正常にセットされないと判定して、単四電池２Ｂの充電を開始しない。
単四電池２Ｂがこの状態にセットされると、温度検出部１２は電池温度を正確に検出できない。温度検出部１２が単四電池２Ｂの表面に正常な状態で接触しないからである。温度検出部１２が単四電池２Ｂの温度を正確に検出できない状態で充電すると、電池温度が異常に高くなって、電池を劣化させることがあるので、この状態では、単四電池２Ｂの充電を開始しない。
【００４５】
以上の検出回路１６は、分圧抵抗１８の一端を電源２１のプラス側に接続して、ワイヤーフォーミングＳＷ１７と位置スイッチ１５を電源２１のマイナス側であるアース２２に接続しているが、この図とは反対に、分圧抵抗の一端を電源のマイナス側であるアースに接続して、ワイヤーフォーミングＳＷと位置スイッチを電源のプラス側に接続して、単三電池と単四電池が正常な位置にセットされたかどうかを検出することもできる。
【００４６】
第２の保持部１１Ｂは、図３と図８に示すように、単三電池２Ａの保持部である支持部２３と、単四電池２Ｂの保持部である支持凸部９Ｄからなる。支持部２３は、装着される単三電池２Ａの延在方向と垂直な断面が逆さハの字状の傾斜面または湾曲面を有する溝形で、単三電池２Ａの正極側の下部を保持し、溝に嵌入される単三電池２Ａを横ずれしないように保持する。単四電池２Ｂの保持部である支持凸部９Ｄは、垂直姿勢に起こされた絶縁ベース部９Ａの内側の下部に設けられた逆さハ字状の一対の凸部で、単四電池２Ｂの正極側の下部を保持して、ここに装着される単四電池２Ｂを横ずれしないように保持する。図の電池ポケット３は、一方の保持部１１を、電池２の端部を挿入できる形状としているが、両方の保持部を、電池の端部を挿入して保持できる孔形状とすることもできる。また、両方の保持部を横ずれしない形状とすることもできる。
【００４７】
単四電池２Ｂを装着する場合においては、図９と図１０に示す状態で電池２を保持する。負極の出力端子７は、金属製接触片で構成される。この出力端子７は、図１２ないし図１５に示すように、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの負極に向かって突出する山形に折曲している。図の出力端子７は、独立して弾性変形する２列の接触片７Ａを設けている（図１５参照）。
【００４８】
図の電池ポケット３は、第１の保持部１１Ａと第２の保持部１１Ｂとの間に、冷却開口２４を設けている。冷却開口２４は、ケース１に内蔵する冷却ファン２５から送風される空気を通過させて、電池２を強制冷却する。ケース１に冷却ファン２５を内蔵して、冷却開口２４から電池２に強制送風する充電器は、電池温度を低くしながら短時間で満充電できる特長がある。図のケース１は、下ケース１Ｂの底板を中央凹に湾曲させると共に、通風孔２６を開口して、冷却ファン２５が効率よく外気を吸入できるようにしている。ケース１に収納している冷却ファン２５は、底板の通風孔２６を通過させて外気を吸入し、吸入した空気を冷却開口２４から電池２に向かって強制送風して冷却する。
【００４９】
さらに、図の充電器の電池ポケット３は、隣接する電池２との間に隙間２７（図４参照）ができるように、第１の保持部１１Ａと第２の保持部１１Ｂを設けている。この充電器は、冷却開口２４から電池２に向かって強制送風される空気を電池２の間の隙間２７に通過させる。このため、電池ポケット３に装着される電池２を強制送風する空気で効率よく冷却して、電池温度の上昇を少なくして充電できる特長がある。なお、図４においては、左端の保持部１１に位置する単三電池２Ａを実線で、他の保持部１１に位置する単三電池２Ａを鎖線で示している。
【００５０】
充電器は、電池ポケット３に装着される各電池２の円柱形状表面に押圧される４組の温度検出部１２を備える。温度検出部１２は、電池ポケット３に装着される各々の電池２の温度を独立して別々に検出する。図の充電器は、４本の電池２を充電するので、各々の電池温度を検出するために４組の温度検出部１２を備える。
【００５１】
次に、本発明の特徴である熱伝導プレートについて、詳細に説明する。図１２、図１３、図１８ないし図２２に示す温度検出部１２は、熱伝導プレート２８と、この熱伝導プレート２８に固定されて電池温度を検出する温度検出素子である温度センサー４とを備える。熱伝導プレート２８は、温度センサー４を上下で挟着する一対の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂと、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを第１の端部で連結している弾性連結アーム２８Ｃと、第１の端部と反対側の端部に位置する第２の端部にあって、温度センサー４を挟着する上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを連結する係止部２８Ｄを備えている。この熱伝導プレート２８は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂの一端である第１の端部を弾性連結アーム２８Ｃで連結し、第２の端部を係止部２８Ｄで連結して、内部に温度センサー４を挟着して固定している。
【００５２】
温度センサー４は、フレキシブル基板３９に温度検出素子部４Ａを固定している。この温度センサー４は、一般に販売されているものであって、図１８ないし図２１の断面図に示すように、フレキシブル基板３９の表面に略長方形で厚みのある板状の温度検出素子部４Ａを突出させている。フレキシブル基板３９は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に設けた凸条２８Ｅの間に案内できる幅としている。この温度センサー４は、図に示すように、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂに挟着されて、温度検出素子部４Ａを挟着プレート２８Ａ、２８Ｂの内面に密着又は接近させる状態で熱伝導プレート１３に固定される。温度センサー４のフレキシブル基板３９は、熱伝導プレート１３の外部に引き出されて回路基板５に接続される。温度センサー４はサーミスタを使用するが、サーミスタ以外の温度センサーも使用できる。
【００５３】
熱伝導プレート２８が、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂに温度センサー４を挟着して固定する状態を図１８ないし図２２に示す。挟着プレート２８Ａ、２８Ｂは、以下にようにして温度センサー４を挟着して固定する。
(1)  図２２の鎖線で示す状態、すなわち、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを開いて係止部２８Ｄで連結しない状態で、下の挟着プレート２８Ｂの上に温度センサー４を配設する。
(2)  上の挟着プレート２８Ａを矢印で示す方向に傾動させて、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂで温度センサー４を挟着する。上の挟着プレート２８Ａがこの方向に傾動されるとき、弾性連結アーム２８Ｃは弾性変形する。上の挟着プレート２８Ａが矢印で示す方向に傾動されて、上の挟着プレート２８Ａは下の挟着プレート２８Ｂに接近する方向に移動されて、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂで温度センサー４を挟着する。
(3)  上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂが温度センサー４を挟着して固定するまで接近すると、係止部２８Ｄが凸状２８Eに係止されて、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂは開かないように連結される。これで、組立てが完了する。
【００５４】
温度検出部１２は、熱伝導プレート２８の電池２に押圧される部分を、電池２の円柱形状に沿う形状、図の熱伝導プレート２８は溝形として、電池２の熱を有効に熱伝導プレート２８に伝導する。熱伝導プレート２８は、電池表面に接触することが熱伝導上望ましいものの、僅かに隙間があっても良い。図の温度検出部１２は、熱伝導プレート２８を弾性脚２９で電池表面に弾性的に押圧している。弾性脚２９は、弾性変形できる金属板で製作している熱伝導プレート２８と一体形成している。
【００５５】
図の充電器は、温度検出部１２を電池２の中央から第１の保持部１１Ａに接近する位置に配設している。図の充電器は、電池２の端部を挿入する孔形状の保持部に接近して温度検出部１２を配設するので、温度検出部１２の熱伝導プレート２８が電池２を押し上げても、電池２の上方への位置ずれを有効に阻止できる。孔形状の保持部は、電池２が上下左右にずれるのを阻止できるからである。このため、この構造の充電器は、温度検出部１２の熱伝導プレート２８をしっかりと電池２の表面に押圧して、電池温度をより正確に検出できる。
【００５６】
４つの熱伝導プレート２８は、略同一の形状をしている。熱伝導プレート２８は、弾性変形できる金属板で製作される。熱伝導プレート２８は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂで温度センサー４を挟着している。温度センサー４を挟着する挟着プレート２８Ａ、２８Ｂが弾性脚２９で電池表面に弾性的に押圧されて、電池温度を検出する。図の熱伝導プレート２８は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に凸条２８Ｅを設けている。凸条２８Ｅは、上の挟着プレート２８Ａの両側、正確には上の挟着プレート２８Ａの外側に位置する。このような凸条２８Ｅは、金属板を折曲して溝状とすることで形成されている。下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅの間に上の挟着プレート２８Ａが積層される。凸条２８Ｅは、上の挟着プレート２８Ａよりも上方に突出して、上の挟着プレート２８Ａと下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅとで溝形にしている。この熱伝導プレート２８は、図１８ないし図２１の断面図に示すように、凸条２８Ｅと上の挟着プレート２８Ａの上面を電池表面に接触させ、あるいは接近させて、電池温度を検出する。
【００５７】
この形状の熱伝導プレート２８は、一枚の金属板を、打ち抜き、折曲して製作される。１枚の金属板から製作される熱伝導プレート２８は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂと、弾性連結アーム２８Ｃと、係止部２８Ｄと、弾性脚２９とを連結した形状に加工されている。図の熱伝導プレート２８は、金属板を、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを弾性連結アーム２８Ｃで連結する形状とし、さらに下の挟着プレート２８Bの両側に凸条２８Ｅ、弾性脚２９を連結する形状に打ち抜き加工して製作される。
【００５８】
弾性連結アーム２８Ｃは、図１５に示すように、幅の狭い２列の弾性連結アーム２８Ｃ、２８Ｃとして、弾性変形しやすい形状としている。さらに、弾性連結アーム２８Ｃは、図１３と図２０に示すように、所定の曲率半径で湾曲する形状として、さらに変形しやすくしている。熱伝導プレート２８は、図１３に示すように、幅の狭い２列の弾性連結アーム２８Ｃの間にスリット２８Ｆを設けている。図の熱伝導プレート２８は、挟着プレート２８Ａの電池２の延在方向における中央側を第１の端部として、この端部に弾性連結アーム２８Ｃを設けている。ただし、第１の端部を反対側の端部とすることもできる。さらに、図の熱伝導プレート２８は、電池２の縦方向（＝延在方向）の端部を、挟着プレートの第１と第２の端部としているが、電池の横方向（＝上記延在方向と直角の水平方向）の端部を第１と第２の端部とすることもできる。
【００５９】
図の熱伝導プレート２８は、上の挟着プレート２８Ａの両側に係止部２８Ｄを設けている。この上の挟着プレート２８Ａは、先端部をＬ字状に折曲し、折曲部の両側に切欠部２８Gを設けて、切欠部２８Gの外側を係止部２８Ｄとしている。係止部２８Ｄは、先端を弾性連結アーム２８Ｃの方向に傾斜するように折曲している。つまり、係止部２８Ｄは、組立て完了時の状態で、先端を鉛直方向より弾性連結アーム２８Ｃの方向に傾斜している。この係止部２８Ｄは、下の挟着プレート２８Ｂの両側に設けた凸条２８Ｅの内面に係止される。したがって、係止部２８Ｄは下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅの内面に案内される形状、いいかえると、係止部２８Ｄは外形を凸条２８Ｅの内形よりも小さくしている。傾斜する姿勢に折曲している係止部２８Ｄは、図２２に示すように、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを互いに接近させると、凸条２８Ｅの内面に係止される。上の挟着プレート２８Ａが矢印で示す方向に傾動されて、下の挟着プレート２８Ｂに接近するように移動されるとき、係止部２８Ｄは弾性変形して凸条２８Ｅの端部を越えて、凸条２８Ｅの内面に案内して係止される。凸条２８Ｅは、端部に係止部２８Ｄの先端を係止できる位置まで突出している。
【００６０】
以上のように、上の挟着プレート２８Ａの両側に係止部２８Ｄを設ける構造は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを確実に安定して連結できる。ただ、本発明の充電器は、上下の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを係止する係止部２８Ｄの構造を以上のメカニズムには特定しない。上下の挟着プレートは、図示しないが、折曲部の中間に設けたひとつの係止部で開かないように連結することができ、また、下の挟着プレートに係止部を設けて、開かないように連結することもできる。さらに、一方の挟着プレートに貫通孔を設け、この貫通孔に係止部を入れて、上下の挟着プレートを開かないように係止する構造とすることもできる。
【００６１】
熱伝導プレート２８は、弾性変形できる１枚の金属板を裁断して、挟着プレート２８Ｂに弾性脚２９を連結して設けている。弾性脚２９は、挟着プレート２８Ｂの両側に設けている。この熱伝導プレート２８は、挟着プレート２８Ｂを左右バランスよく電池表面に押圧できる。両側の弾性脚２９が挟着プレート２８Ｂを電池表面に押圧するからである。弾性脚２９のある熱伝導プレート２８を図１２、図１３、図１８、図１９、及び図２２に示す。これ等の図に示す熱伝導プレート２８は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に連結して弾性脚２９を設けている。挟着プレート２８Ｂの両側に設けている一対の弾性脚２９は、下端を固定プレート３０に連結している。固定プレート３０は回路基板５である。ただし、固定プレートは必ずしも回路基板とする必要はなく、たとえば、図示しないが、プラスチック等を成形してなるベースプレートとすることもできる。
【００６２】
固定プレート３０は、一対の弾性脚２９の下端を連結する貫通孔３１を開口している。弾性脚２９は、貫通孔３１に挿通して固定プレート３０に連結される。弾性脚２９は、図１３、図１８及び図１９に示すように、固定プレート３０に対して上下に移動できるように貫通孔３１に挿通される。弾性脚２９は、固定プレート３０の貫通孔３１から抜けないように、下端を外側に折曲している。弾性脚は、下端を内側に折曲して抜けないように固定プレートに連結することもできる。
【００６３】
この熱伝導プレート２８は、弾性脚２９を固定プレート３０の貫通孔３１に上下に移動させて、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを電池表面に弾性的に押圧する。このことを実現するために、図に示す一対の弾性脚２９は、貫通孔３１よりも上方に向かって次第に離れる方向に傾斜する形状としている。図１８と図１９の一対の弾性脚２９は、中間の間隔が広くなるように、図において左側の弾性脚２９をく字状に、右側の弾性脚２９を逆く字状に折曲している。弾性脚２９は、この図とは反対に、右側の弾性脚をく字状に折曲し、左側の弾性脚を逆く字状に折曲して、固定プレートの貫通孔から上方に離れるにしたがって、互いに接近する方向に傾斜させることもできる。
【００６４】
図の弾性脚２９は、下端の間隔が弾性的に広くなる方向に付勢されて、挟着プレート２８Ｂを弾性的に上方に押し出している。弾性的に間隔が広くなる方向に拡開される弾性脚２９は、固定プレート３０から抜ける方向に付勢されて、挟着プレート２８Ｂを上方に弾性的に押し上げる。挟着プレート２８Ｂが電池表面に押されると、弾性的に拡開している弾性脚２９は間隔が狭くされて貫通孔３１に押し込まれる。一対の弾性脚２９は弾性的に間隔が広くなる方向に付勢されているので、固定プレート３０の貫通孔３１に押し込まれた弾性脚２９は、弾性的に拡開しようとして、固定プレート３０から押し出される。
【００６５】
以上の構造の弾性脚２９は、固定プレート３０の貫通孔３１に上下に移動されて挟着プレート２８Ｂを電池表面に押圧するので、挟着プレート２８Ｂの上下のストロークを大きくして、挟着プレート２８Ｂを電池表面に弾性的に押圧できる。このため、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを電池表面に確実に安定して押圧して、電池温度を正確に検出できる特徴がある。
【００６６】
また、弾性脚２９の下端を固定プレート３０の貫通孔３１に挿通して固定プレート３０に連結できるので、簡単かつ容易に固定プレート３０に連結できる特徴もある。また、弾性脚２９の下端を固定プレート３０の貫通孔３１から引き抜いて外すこともできるので、熱伝導プレート２８を簡単に交換できる特徴もある。
【００６７】
以上の温度検出部１２は、図２１の矢印で示すように、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂを介して温度センサー４に伝導させる。とくに電池２の表面に弾性的に接触される挟着プレート２８Ａ、２８Ｂは、電池２の熱が有効に伝導される。温度センサー４は、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂに挟着されて、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂの熱が有効に伝導される。図の熱伝導プレート２８は、下の挟着プレート２８Ｂの両側に凸条２８Ｅを設けて、この凸条２８Ｅの表面を電池表面に接触させる。凸条２８Ｅを電池表面に接触させる下の挟着プレート２８Ｂは、電池２の熱が効率よく伝導されて、温度センサー４に伝導する。また、上の挟着プレート２８Ａの中央部分も電池表面に接触させることができる。この上の挟着プレート２８Ａは、電池２の熱が効率よく伝導され、下面に挟着している温度センサー４に熱を効率よく伝導する。
【００６８】
以上の経路で、単三電池２Ａや単四電池２Ｂの熱を温度センサー４に効率よく伝導する充電器は、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂから温度センサー４に効率よく伝導する。また、温度センサー４が空気に接触して冷却されない。さらに、熱伝導プレート２８の挟着プレート２８Ａ、２８Ｂと電池２との間に空気が流入して、挟着プレート２８Ａ、２８Ｂが空気で冷却されることがなく、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂから温度センサー４に有効に伝導する。したがって、電池２の熱を挟着プレート２８Ａ、２８Ｂから温度センサー４に有効に伝導し、しかも挟着プレート２８Ａ、２８Ｂや温度センサー４の空気による冷却を少なくして、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの温度を、温度センサー４で正確に時間遅れを少なく、しかも高い精度で検出できる。
【００６９】
なお、単三電池２Ａよりも細い単四電池２Ｂを装着したときは、上の挟着プレート２８Ａの中央部分に電池表面が接触する。単三電池２Ａは、下の挟着プレート２８Ｂの凸条２８Ｅが表面に接触するが、半径が小さい単四電池２Ｂでは、上の挟着プレート２８Ａの中央部分が電池２の表面に接触する。
【００７０】
なお、本実施例の充電器は、外部の電源線３２を連結するソケット３３（図１１参照）と、充電時に発光して充電状態を表示する各電池に対応した４つのＬＥＤ素子３４を有している。
【００７１】
充電回路は、温度センサー４で電池温度を検出し、電池温度が保持設定温度となるように平均充電電流を制御し、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電する。この充電器は、電池２を極めて短時間に充電できる特長がある。とくに、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの両方を、電池温度を保持設定温度に保持しながら充電することで、単三電池２Ａと単四電池２Ｂの両方を短時間で充電できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例にかかる充電器の充電回路の一例を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる充電器で電池を充電するときの温度特性と電圧特性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例の充電器の斜視図である。
【図４】図３に示す充電器に単三電池を装着した状態を示す平面図である。
【図５】図４に示す充電器の背面斜視図である。
【図６】図４に示す充電器の側面図である。
【図７】図４に示す充電器のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図３に示す充電器の切換出力端子を起こした状態を示す斜視図である。
【図９】図８に示す充電器に単四電池を装着した状態を示す背面斜視図である。
【図１０】図８に示す充電器の断面図であって、図４のＡ−Ａ線断面に相当する図である。
【図１１】図３に示す充電器の上ケースを外した状態を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す充電器の温度検出部の近傍を示す拡大斜視図である。
【図１３】図１２に示す温度検出部を反対側から見た斜視図である。
【図１４】図８に示す充電器に単四電池を装着する状態であって、上ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図１５】図３に示す充電器に単三電池を装着する状態であって、上ケースを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図１６】検出回路の一例を示す回路図である。
【図１７】図１０に示す充電器に単四電池が正常にセットされない状態を示す断面図である。
【図１８】温度検出部で単三電池の電池温度を検出する状態を示す断面図である。
【図１９】温度検出部で単四電池の電池温度を検出する状態を示す断面図である。
【図２０】図１９に示す温度検出部の縦断面図である。
【図２１】温度センサーで電池温度を検出する状態を示す拡大断面図である。
【図２２】温度検出部の拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…ケース              １Ａ…上ケース          １Ｂ…下ケース
２…電池                ２Ａ…単三電池          ２Ｂ…単四電池
２ａ…凸部電極
３…電池ポケット
４…温度センサー        ４Ａ…温度検出素子部
５…回路基板
６…出力端子
７…出力端子            ７Ａ…接触片
８…切換出力端子
９…支持部材            ９Ａ…絶縁ベース部      ９Ｂ…連結部
９Ｃ…軸部              ９Ｄ…支持凸部
９Ｅ…スイッチ押圧部
９ａ…凹部
１０…補助端子
１１…保持部            １１Ａ…第１の保持部    １１Ｂ…第２の保持部
１２…温度検出部
１３…円形開口
１４…弾性アーチ        １４Ａ…コイルスプリング部
１５…位置スイッチ
１６…検出回路
１７…ワイヤーフォーミングＳＷ
１８…分圧抵抗
１９…中間接続点
２０…電圧検出回路
２１…電源
２２…アース
２３…支持部
２４…冷却開口
２５…冷却ファン
２６…通風孔
２７…隙間
２８…熱伝導プレート    ２８Ａ…挟着プレート    ２８Ｂ…挟着プレート
２８Ｃ…弾性連結アーム  ２８Ｄ…係止部                                  ２８Ｅ…凸条            ２８Ｆ…スリット
２９…弾性脚
３０…固定プレート
３１…貫通孔
３２…電源線
３３…ソケット
３４…ＬＥＤ素子
４１…電池
４２…電源回路
４３…スイッチング素子
４４…制御回路
４５…温度センサー
４６…切換スイッチ
【図１】
2006073406.tif 000003
【図２】
2006073406.tif 000004
【図３】
2006073406.tif 000005
【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】
2006073406.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2006073406.tif 000017
【図１６】
2006073406.tif 000018
【図１７】
2006073406.tif 000019
【図１８】
2006073406.tif 000020
【図１９】
2006073406.tif 000021
【図２０】
2006073406.tif 000022
【図２１】
2006073406.tif 000023
【図２２】
2006073406.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月16日(2004.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
更には、前記温度保持充電工程時の前記冷却ファンの回転速度を、前記温度上昇充電工程時の前記冷却ファンの回転速度より、低くしたことより、以下の効果がある。この温度保持充電工程時に、所定の電池温度（例えば、６２℃）以上で満充電を検出する場合は、冷却ファンの回転速度が低いことより、電池が必要以上に冷却されて温度が低下し満充電状態であるにもかかわらず所定の電池温度に至らず過充電状態が続くことを防止し、適切に所定の電池温度以上の満充電を検出できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図２は、電池温度が上昇所定温度約５５℃になると、この温度を検出して、平均充電電流を小さくして温度上昇勾配を緩くし、保持設定温度に近づいている（図２に示す温度上昇充電工程である）。平均充電電流は、スイッチング素子４３をオンオフするデューティー比を小さくして制御される。このように、電池４１の温度が保持設定温度に近くなり上昇所定温度になると平均充電電流を少なく制御する方法は、電池温度が保持設定温度を越えてオーバーシュートするのを防止して、電池４１が高温障害で劣化するのを有効に阻止できる。ただし、電池４１の温度が保持設定温度になるまで、電池４１の温度が所定の温度勾配で上昇する平均充電電流で充電することもできる。
そして、上記の上昇所定温度を検出して、平均充電電流を低減し、後述する保持設定温度に至る間、冷却ファン２４は、制御回路４４にて制御されて、中速で回転される。上述の温度上昇充電工程での高速回転よりも、中速回転とするのは、高速回転で冷却すると、平均充電電流を小さくなっているので電池が必要以上に冷却されるからである。
また、温度上昇充電工程において、所定の時間（例えば、１５分）内に、所定の温度（例えば、約５５℃の上昇所定温度、又は、後述する保持設定温度）に到達しないときは、後述する温度保持充電工程における平均充電電流（温度上昇充電工程での平均充電電流の半分程度の約１．５Ｃ）程度とし、温度保持充電工程での充電制御とすることができる。これにより、充電開始前の電池温度が低温（約０〜１０℃程度）の電池において、急激に温度が上昇し、電池に悪影響を及ぼすことを低減できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
この温度保持充電工程において、電池４１が満充電に近付くと、平均充電電流を小さくしても、電池温度が上昇する傾向が強くなる。したがって、電池４１が満充電に近付くと、電池温度が上昇し、又は上昇しようとするが、電池温度を保持設定温度に保持するように、平均充電電流が低減される。つまり、制御回路４４はスイッチング素子４３をオンオフに切り換えるデューティー比を極めて小さく制御する。このため、電池４１が満充電に近くなると、制御回路４４は平均充電電流を急激に減少させる。したがって、温度保持充電工程においては、電池４１の満充電を検出して充電を停止しなくとも、平均充電電流が急激に減少されて過充電が防止される。本実施例の温度保持充電工程における充電終了については、タイマーで充電を終了している。タイマーは、電池４１が略満充電となるように電池４１を充分に充電できる時間（例えば、略１５分程度）に設定している。また、本実施例においては、上述のように、満充電近くで電池温度が上昇し、平均充電電流が低減するので、この低減された電流を検出したときは、タイマーの設定時間より前でも充電を終了している。
また、温度保持充電工程において、所定の温度上昇勾配（例えば、２℃／分）以上、所定の電池温度（例えば、６２℃）以上、或いは、−ΔＶ（例えば、６０ｍＶ）を検出したとき満充電として、充電を停止する機能も備えている。
そして、この温度保持充電工程においては、冷却ファン２５は、制御回路４４にて制御されて、低速で回転される。上述の上昇所定温度を検出してから保持設定温度に至る間の中速回転より、低速回転とするのは以下の理由からである。温度保持充電工程においては、上昇所定温度を検出してから後述する保持設定温度に至る間より、通常、平均充電電流が小さくなることより、中速或いは高速回転で冷却すると、電池が必要以上に冷却されるからである。
特に、ニッケル−水素電池の単３サイズにおいては、同じサイズにも係らず、種々の電池容量が１７００ｍＡＨから２５００ｍＡＨまでのものがある。充電器を使用するユーザーは、以前に販売された容量の小さい電池(例えば、１７００ｍＡＨ)も保有しており、このような電池を本実施例の充電器にて、充電することがある。
本実施例の充電器では、現時点の最大容量である２５００ｍＡＨの電池が満充電となるように、タイマー時間、電流値等が設定されている。
よって、例えば、容量の小さい１７００ｍＡＨの電池を充電するなら、タイマー時間以前に満充電となる。従って、本実施例においては、上述のように所定の電池温度（例えば、６２℃）以上で満充電を検出する機能があるので、このような容量の小さい電池は、マイマー時間以前に、電池温度を検出して満充電を検出することになる。ここで、もし、冷却ファン７が高速、中速で回転するなら、このような容量の小さい電池が満充電状態で温度が上昇しようとしているにも係らず、冷却ファン２５による大きな冷却により、測定される電池温度が上昇せず、電池の過充電が進むことになる。このような問題を解決するため、本実施例においては、この温度保持充電工程においては、冷却ファン７が、温度上昇充電工程での高速、中速回転より低速の低速回転で回転されることより、温度保持充電工程において満充電状態の電池の温度上昇を適切に検出することができる。
また、ここで冷却ファン２５を停止することなく、低速で回転するのは、電池の温度上昇を押さえて、より大きい平均充電電流にて短時間で充電するためである。