(57)【要約】【課題】充電装置に給電する入力電源の電圧変動が激しい電源環境で使用することが可能な充電装置を提供する。【解決手段】被充電電池２に電流を供給するスイッチング回路２０と、スイッチング回路２０の入力電圧を検出する入力電圧検出手段１００と、スイッチング回路２０によって供給される被充電電池２の充電電流を検出し、該充電電流を充電電流設定値に従って制御する充電電流制御手段６０と、入力電圧検出手段１００の検出信号に基づき被充電電池２への電流の供給を所定値以下で行うか否かを判定し、その電流の大きさに従って充電電流設定値を制御するマイクロコンピュータ５０とを備え、マイクロコンピュータ５０は、入力電圧検出手段１００の検出信号に基づいて入力電圧が所定値以下と判定した場合、充電電流設定値を所定値（Ｉ１０）以下の値（Ｉ０８）に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被充電電池に電流を供給するスイッチング電源と、前記スイッチング電源の入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記スイッチング電源によって供給する前記被充電電池の充電電流を検出し、該充電電流を充電電流設定値に従って制御する充電電流制御手段と、前記入力電圧検出手段の検出信号に基づき前記被充電電池への電流の供給を所定値以下で行うか否かを判定し、その入力電圧の大きさに従って前記充電電流設定値を制御するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータは、前記入力電圧検出手段の検出信号に基づいて前記入力電圧が所定値以下と判定した場合、前記充電電流設定値を所定値以下に設定することを特徴とする電池の充電装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源の入力電源は、交流電源より整流回路を介して出力された電源から成り、前記入力電圧検出手段は前記整流回路の出力電圧を検出することを特徴とする請求項１に記載された電池の充電装置。
【請求項３】
前記入力電圧検出手段は、所定の時間、検出電圧を遅延させる遅延手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載された電池の充電装置。
【請求項４】
前記スイッチング電源は、１次コイル及び２次コイルを有するトランスと、前記１次コイルに直列接続されたスイッチング素子と、前記１次コイルとスイッチング素子との直列回路に電圧を供給する整流回路と、前記スイッチング素子の制御電極にパルス駆動信号を供給する駆動信号制御手段と、前記２次コイルに接続された整流平滑回路とを備え、前記充電電流制御手段は、前記駆動信号制御手段のパルス駆動信号のパルス幅を制御することによって、前記充電電流を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
【請求項５】
前記マイクロコンピュータは、前記整流回路の出力電圧に対する前記スイッチング電源が被充電電池に供給可能な電流との関係を予め記憶しておき、この予め記憶された関係に基づいて前記充電電流設定値を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
【請求項６】
入力電源と、前記入力電源に接続され被充電電池に電圧及び充電電流を供給する電源供給手段と、前記入力電源の電圧変動を検出する入力電圧検出手段と、前記電源供給手段に電気的接続され、前記被充電電池に供給する充電電流を設定値に従って制御する充電電流制御手段と、前記充電電流制御手段に付与する前記設定値を制御するための設定値制御手段とを備え、前記設定値制御手段は、前記入力電圧検出手段が検出する入力電圧の低下に基づいて前記充電電流制御手段の前記設定値を変えることによって、前記被充電電池に供給する充電電流を低下させることを特徴とする電池の充電装置。
【請求項７】
前記入力電源は交流電源より整流回路を介して整流した電源から成り、前記入力電圧検出手段は前記整流回路の整流電圧を検出することを特徴とする請求項６に記載された電池の充電装置。
【請求項８】
前記設定値制御手段は、マイクロコンピュータから成り、該マイクロコンピュータの入力ポートに前記入力電圧検出手段が検出した入力電圧の検出信号を入力し、該マイクロコンピュータの出力ポートより前記充電電流制御手段の前記設定値を変える制御信号を出力することを特徴とする請求項６または７に記載された電池の充電装置。
【請求項９】
前記マイクロコンピュータは、前記入力電源の電圧に対する前記電源供給手段が被充電電池に供給可能な電流との関係を予め記憶しておき、この予め記憶された入力電圧対電力の関係に基づいて前記設定値を決定することを特徴とする請求項８に記載された電池の充電装置。
【請求項１０】
被充電電池に充電電流を供給するスイッチング電源と、前記被充電電池の電池電圧を検出する電池電圧検出手段と、前記スイッチング電源からの出力電流を制御する充電制御手段と、前記スイッチング電源への入力電圧を検出する入力電圧検出手段とを備え、前記入力電圧検出手段と電池電圧検出手段の出力に応じて、前記スイッチング電源への入力電圧が所定値以下で、かつ前記電池電圧検出手段からの出力値が所定値以下ならば、前記被充電電池の充電電流を所定値以下に低下させる制御を行うことを特徴とする電池の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル・カドミウム電池（ニカド電池）やニッケル・水素電池等の２次電池を充電するための充電装置に関し、特に、充電装置に印加される入力電圧変動が激しい電源環境で使用することが可能な充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具等の携帯用機器の電源としては、ニカド電池やニッケル・水素電池等の高容量化された２次電池が広く使用されつつある。一方、２次電池の高容量化に伴い、これら電池を短時間で充電するための充電装置の大出力容量化も進みつつある。
【０００３】
２次電池の充電装置による充電制御において、大電流の満充電による電池の寿命の低下を防止するために、充電中の電池電圧の監視、電池温度の監視、及び充電電流の監視等の種々の電池情報を検出し、検出された電池情報に基づいて最適な充電制御を行う充電装置が開発されている。例えば、充電中の電池電圧を検出して充電電流を制御する充電装置は下記特許文献１に示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９４１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電動工具（コードレス工具）に用いられる電池及び充電器の使用場所は必ずしも電源環境が整っているとは限らず、作業現場付近に適切な商用電源が無い場合、作業現場から遠く離れた場所より電工ドラム（電源コード）を介して商用電源を供給し、その一つの電工ドラムのコンセントに、充電器及び商用電源を利用できる他の電動工具（コード付き工具）等を接続して作業するときがある。
【０００６】
この場合、電工ドラムの長い電源コードを介して電源を充電器に供給して電池を充電している一方、同じ長い電源コードを介して他の電動工具に電源が供給されると、充電器に供給される電源電圧は電源コードの抵抗により著しく低下する。電源コードの抵抗が例えば１オーム程度の僅かな値であっても、他の電動工具の負荷電流が例えば２０Ａのような大電流となれば、その電圧降下が大きくなり、充電器の入力電圧は著しく低下することになる。例えば、図４に示すように、商用電源により動作する複数台の電動工具が同時に使用されれば、充電器に供給する電源の電圧低下は無視出来ないレベルとなり、充電器に使用されるスイッチング電源のような電源回路は、出力電力の低下、即ち充電電流の低下を引き起こすことになる。その結果、充電器の充電制御回路は、充電中の電池電圧の低下や充電電流の低下を検出し、充電中の電池が満充電になったと誤判定もしくは異常状態であると判定し、電池が充電不足の状態で充電を停止してしまうという問題が生じる。
【０００７】
上記したような問題を考慮して、充電器の電源回路を、入力電圧が低下しても所定の電力供給が出来るように電源回路を構成するトランスの２次コイルを増やすことにより、ある程度の入力電圧低下に対応することが可能であるが、この場合、電源回路の効率が悪くなり、電源回路を構成する部品の発熱が過大になるとう問題が生じる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、充電装置に給電する入力電源の電圧変動が激しい電源環境で使用することが可能な充電装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、高精度な充電制御と高効率な電源回路で構成する充電装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の上記の目的及び他の目的、ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面より更に明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一つの特徴によれば、入力電源と、入力電源に接続され被充電電池に充電電流を供給する電源供給手段と、入力電源の電圧変動を検出する入力電圧検出手段と、電源供給手段に電気的接続され、被充電電池に供給する充電電流を設定値に従って制御する充電電流制御手段と、充電電流制御手段に付与する設定値を制御するための設定値制御手段とを備え、設定値制御手段は、入力電圧検出手段が検出する入力電圧の低下に基づいて充電電流制御手段の設定値を変えることによって、被充電電池に供給する充電電流を低下させる。これによって、入力電源の電圧変動に伴って許容される入力電力の範囲内において、被充電電池への電流の供給を所定値以下で行うように充電電流を制御する。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、上記電源供給手段はスイッチング電源回路から成り、該スイッチング電源回路は、１次コイル及び２次コイルを有するトランスと、該１次コイルに直列接続されたスイッチング素子と、１次コイルとスイッチング素子との直列回路に電圧を供給する入力電源と、スイッチング素子の制御電極にパルス駆動信号を供給する駆動信号制御手段と、２次コイルに接続され、被充電電池に電圧及び充電電流を供給する整流平滑回路とを備える。上記充電電流制御手段は、上記入力電圧検出手段によって検出された入力電圧の低下に基づいて上記駆動信号制御手段のパルス駆動信号のパルス幅を制御することによって整流平滑回路の出力を制御し、これによって、充電電流を低下させる。
【００１３】
本発明の更に他の特徴によれば、上記充電電流制御手段に付与する充電電流の設定値を制御する上記設定値制御手段は、マイクロコンピュータより成る。該マイクロコンピュータは、上記入力電圧検出手段の検出信号に基づいて、入力電圧が所定値以下と判定した場合、充電電流設定値を所定値以下に設定する。
【００１４】
本発明の更に他の特徴によれば、上記設定値制御手段を構成するマイクロコンピュータは、充電装置の入力電源の電圧に対する電源供給手段が被充電電池に供給可能な電流  との関係を予め記憶しておき、この予め記憶された入力電圧対電力の関係に基づいて前記設定値を決定する。
【００１５】
本発明の更に他の特徴によれば、上記電源供給手段の入力電源は、交流電源より整流回路を介して整流した電源から成り、上記入力電圧検出手段は整流回路の整流電圧を検出する。
【００１６】
本発明の更に他の特徴によれば、上記入力電圧検出手段は、所定の時間、検出電圧を遅延させる遅延手段を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の充電装置によれば、充電装置の入力電圧が低下した場合、入力電力の許容範囲内において被充電電池へ電力を供給するように、充電電流を低下させて充電を行うので、入力電圧が低下した電源環境でも充電制御回路が誤動作することなく２次電池を充電することができる。
【００１８】
また、本発明の充電装置によれば、特別な昇圧トランスを使用せずに、充電装置の入力電力に応じて充電電流を設定するので、高精度な充電制御と高効率な電源回路によって充電装置を構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る充電装置の回路図を示す。図１において、充電装置によって充電すべき組電池（以下、「電池パック」または「被充電電池」と称する場合がある）２は、直列接続された複数の充電可能な素電池（セル）２Ａと、素電池２Ａに接触または近接して配置されたサーミスタ等の感温素子２Ｂとから成る。例えば、この組電池２は素電池２Ａが約１．２Ｖの電圧を有するニカド電池を８個直列接続したものから成り、約９．６Ｖの電圧を持つ。
【００２１】
被充電電池２に電力（充電電圧及び充電電流）を供給するための電源供給手段は、第１の整流平滑回路１０と、スイッチング回路２０と、第２の整流平滑回路３０とを具備する。
【００２２】
第１の整流平滑回路１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２とから成る。スイッチング回路２０は、高周波トランス（降圧トランス）２１と、トランス２１の１次コイルに直列接続されたＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）２２と、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に印加する駆動パルス信号のパルス幅を変調させるためのＰＷＭ制御ＩＣ（駆動信号制御手段）２３とを備える。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、充電電流信号伝達手段５より入力される制御入力信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に供給する駆動パルス幅を変えることによって、ＭＯＳＦＥＴ２２のオン時間を制御し、整流平滑回路３０の出力電圧と組電池２の充電電流を調整する。第２の整流平滑回路３０はトランス２１の２次コイル側に接続されたダイオード３１及び３２、チョークコイル３３、及び平滑コンデンサ３４から成る。整流平滑回路１０には、電源スイッチ５９を介して商用交流電源１が供給される。この電源供給手段において、例えば、交流電源１として１００Ｖの商用交流電源を用いた場合、第１の整流平滑回路１０によって得られる電圧は１４０Ｖ、第２の整流平滑回路３０の出力電圧は３５Ｖとなる。
【００２３】
第１の整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、及び第２の整流平滑回路３０を含む電圧供給手段には、充電電流制御手段６０が電気的接続されている。充電電流制御手段６０は、演算増幅器６１及び６２と、入力抵抗６３及び６５と、帰還抵抗６４及び６６とから構成された演算増幅回路を含む。
【００２４】
この充電電流制御手段６０の入力側は電池２の充電電流を検出するための検出抵抗３に接続される。また、その出力側は充電電流信号伝達手段５を介して前述したＰＷＭ制御ＩＣ２３に電気的接続される。更に、第２段目演算増幅器６２の反転入力端子には充電電流設定手段８０が接続される。充電電流設定手段８０は、後述するマイクロコンピュータ（設定値制御手段）５０の出力ポート５６ａからの制御信号に対応して充電電流の大きさを設定するものである。即ち、出力ポート５６aからの制御信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。このような構成に基づき、充電電流制御手段６０は充電電流設定手段８０の設定値に従って、被充電電池２に供給する充電電流を制御する。
【００２５】
充電電流設定手段８０の充電電流設定値は、マイクロコンピュータ５０から成る設定値制御手段によって制御される。マイクロコンピュータ５０は、制御プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）５１、ＣＰＵ５１の制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２、ＣＰＵ５１の作業領域やデータの一時記憶領域などとして利用されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３、タイマ５４、後述する組電池２の充電電圧の検出信号及び組電池２の温度の検出信号についてアナログ信号からデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ５５、制御信号を出力するための出力ポート５６ａ、後述する入力電源の検出信号を入力するための入力ポート５６ｂ、及び電源投入時にリセット信号を入力するためのリセット入力ポート５７の機能ブロックから構成され、これら機能ブロックは内部バス５８によって相互に接続されている。例えば、上記ＣＰＵ５１は，ＲＡＭ５３に記憶した最新の電池温度と、ＲＡＭ５３に記憶された複数のサンプリング時間毎にサンプリングした電池温度とから電池温度の対時間勾配の演算等を行う。
【００２６】
組電池２の電圧は、分圧用抵抗４１及び４２から成る電池電圧検出手段４０によって検出し、マイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。
【００２７】
組電池２の温度は、５Ｖの定電圧源に直列接続された抵抗９１及び９２からなる電池温度検出手段９０に組電池２内に設けた感温素子２Ｂを接続することによって、温度変化に従った分圧電圧として検出し、この検出電圧をマイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。
【００２８】
スイッチング回路２０に供給される入力電源（電源）の電圧変動は、入力電圧検出手段１００によって検出する。入力電圧検出手段１００は、全波整流回路１１の出力電圧を分圧するための分圧抵抗１０１及び１０２と、遅延手段として作用するコンデンサ１０３と、入力電圧低下検出回路１０４とから構成される。遅延素子としてのコンデンサ１０３は、ノイズ等による所定時間未満の過渡的な電圧低下の検出を除外するために付加されている。入力電圧検出手段１００で検出された入力電圧の低下は、入力電圧伝達手段６を介してマイクロコンピュータ５０の入力ポート５６ｂに入力される。
【００２９】
被充電電池２の充電の開始または停止を指示する信号は、マイクロコンピュータ５０の制御プログラムに従って、その出力ポート５６ａより充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の制御入力へ供給される。スイッチング回路２０は充電制御信号伝達手段４の制御信号に従って充電の開始または停止を制御する。
【００３０】
マイクロコンピュータ５０、充電電流制御手段６０、及び電池温度検出手段９０等の電源またはバイアス電源は、商用交流電源１より電圧源を形成する定電圧電源７０によって供給される。この定電圧電源７０は、電源トランス７１、全波整流回路７２、３端子レギュレータ（ＩＣ）７３、平滑用コンデンサ７４及び７５、リセットＩＣ７６から構成される。
【００３１】
定電圧電源７０のリセットＩＣ７６は、電源投入時などにマイクロコンピュータ５０を初期状態にするために、リセット入力ポート５７にリセット信号を出力するものである。
【００３２】
次に、図１に示した本発明の実施形態について、図２に示したフローチャートを参照して、その動作を説明する。
【００３３】
スイッチ５９によって電源を投入すると、充電プログラムがスタートし、マイクロコンピュータ５０は出力ポート５６a及び５６ｂを初期状態にイニシャルセットし、組電池２の接続待機状態となる。ステップ１０１に進み、電池パック２が充電装置に接続されたか否かを判断する。電池パック２を接続すると、マイクロコンピュータ５０は、電池パック２の接続を電池電圧検出手段４０から得られる信号により判別し、電池２の接続が確認されれば、次のステップ１０２へ進む。
【００３４】
ステップ１０２において、初期充電電流Ｉ０での充電を開始するために、マイクロコンピュータ５０は、その出力ポート５６ａより制御信号を出力して、充電電流設定手段８０に初期充電電流を設定するための基準電圧ＶＩ０を与える。
【００３５】
次にステップ１０３において、マイクロコンピュータ５０の出力ポート５６ａより初期充電電流Ｉ０によって充電を開始させる充電開始信号を出力し、充電制御信号伝達手段４を介してその充電開始信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３へ入力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作状態にすることによって初期充電電流Ｉ０による充電を開始する。このとき、充電電流設定手段８０は与えられた初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０により演算増幅器６２を制御し、充電電流制御手段６０は、演算増幅器６２に供給された基準電圧ＶＩ０に従って、電池パック２の充電電流を初期値Ｉ０に制御する。
【００３６】
ここで、充電電流設定手段８０に与えられる初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０は、入力電圧検出手段１００によって検出される入力電源の電圧が低下していても十分に充電電流の供給が可能な値となるような値に設定する。
【００３７】
また、充電の開始と同時に、電池パック２に流れる充電電流を電流検出手段３によって検出し、この充電電流に対応する検出電圧と初期充電電流設定基準値ＶＩ０との差信号を、充電電流制御手段６０によって増幅し、信号伝達手段５を介して、ＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する。これによって、差信号の大きさに応じてＰＷＭ制御ＩＣ２３が発生する駆動パルス信号のパルス幅を変調する。その結果、スイッチング素子２２は、電池パック２の充電電流が大きい場合狭いパルス幅のパルス電圧（または電流）を、逆に、その充電電流が小さい場合広いパルス幅のパルス電圧（または電流）を高周波トランス２１に供給し、整流平滑回路３０によってそのパルス電圧をに平滑し、電池パック２の充電電流を一定に保持する。即ち、電流検出手段３、充電電流制御手段６０、信号伝達手段５、スイッチング回路２０、及び整流平滑回路３０は、帰還回路を構成し、電池パック２の充電電流が初期電流値Ｉ０になるように制御する。
【００３８】
初期充電の開始後、ステップ１０４に進み、マイクロコンピュータ５０は、入力電圧検出手段１００で検出した入力電圧、電池電圧検出手段４０で検出した充電中の電池電圧、及び電池温度検出手段９０で検出した電池温度のデータを一定時間で取り込むためにサンプリングタイマをスタートさせる。
【００３９】
ステップ１０５において、入力電圧伝達手段６に接続される入力電圧検出手段１００の出力を入力ポート５６ｂで読み込む。
【００４０】
次いで、ステップ１０６に進み、電源供給手段のスイッチング回路２０の入力電圧（全波整流回路１０の出力電圧）が低下しているか否かの判別を行う。判別の結果、ＮＯと判断された場合、即ち入力電圧の低下がなければ、ステップ１０７へ進む。
【００４１】
ステップ１０７において、入力電圧の低下がないので、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａにより充電電流設定手段８０を介して演算増幅器６２に印加される充電電流設定基準電圧値を所定値ＶＩ１０（以下、「基準電圧所定値」と称する）に設定し、電池パック２に所定の充電電流Ｉ１０（以下、「充電電流所定値」と称する）が流れるように充電電流制御手段６０を動作させる。充電電流設定手段８０により新しく設定された基準電圧所定値ＶＩ１０は、直ちに電流検出手段３により検出された充電電流と比較され、その差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかけ、電池パック２に流れる充電電流が充電電流所定値Ｉ１０になるように制御する。
【００４２】
また、ステップ１０６の判別の結果、ＹＥＳと判断された場合、即ち入力電圧検出手段１００によって入力電圧の低下が検出されれば、ステップ１０８に進む。
【００４３】
ステップ１０８において、被充電電池２の電池電圧を電池電圧検出手段４０の出力よりマイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５で取り込む。
【００４４】
次に、ステップ１０９で、入力電圧の低下、即ち入力電力の低下から判断して、電池パック２に所定の充電電流Ｉ１０を流せるか否かを判別する。ＹＥＳの場合、即ち所定の充電電流を流すことが可能であれば、マイクロコンピュータ５０は、上記ステップ１０７の動作に進み、出力ポート５６ａによって、充電電流設定手段８０が演算増幅器６２に印加する充電電流設定基準電圧値を基準電圧所定値ＶＩ１０に設定する。この基準電圧所定値ＶＩ１０の設定に基づく充電電流制御手段６０の帰還作用によって、電池パック２の充電電流を充電電流所定値Ｉ１０に設定する。
【００４５】
ステップ１０９で、ＮＯと判断された場合、即ち所定の充電電流Ｉ１０での充電が不可能な場合、ステップ１１０に進む。
【００４６】
ステップ１１０において、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａによって、充電電流設定手段８０より演算増幅器６２に印加される充電電流設定基準電圧値を、上記した基準電圧所定値ＶＩ１０より低い基準電圧値ＶＩ０８に設定する。この低い基準電圧値の設定により、充電電流制御手段６０は、電池パック２の充電電流を充電電流所定値Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８に設定する。即ち、充電電流設定手段８０により新しく設定された充電電流設定基準電圧値ＶＩ０８は演算増幅器６２によって直ちに電流検出手段３により検出された充電電流と比較され、その差信号は充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還され、電池パック２を所定の充電電流Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８で充電する。
【００４７】
ここで、所定の充電電流（充電電流所定値）Ｉ１０は被充電電池（電池パック）の種類によって異なり、被充電電池の特性に適した充電電流値に選択される。本発明によれば、上述より明らかにされるように、商用交流電源１の電圧変動等の理由により、充電装置の入力電力（全波整流回路１０の出力電圧）が低下した場合、充電装置（整流平滑回路３０）の出力を停止させることなく、入力電力が許容する出力電力の範囲において、充電電流を低下させて電池パック２の充電を継続させるものである。
【００４８】
充電に適した所定の充電電流Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８の設定は、充電装置の入出力特性により定めることができる。例えば、図３に示すような入出力特性をもつ充電装置の充電電流を設定する場合を考える。充電電流の所定値Ｉ１０が１０Ａ、電池電圧が約１０Ｖの電池パック２を充電しようとする場合、入力電源１の入力電圧が１００Ｖの時の出力電力は１００Ｗである。入力電圧が低下して８０Ｖとなった時の出力電力は８０Ｗとなるので、入力電圧が１００Ｖである時には、充電電流を所定値（Ｉ１０）の１０Ａ（＝１００Ｗ／１０Ｖ）に設定することが可能である。一方、入力電源の変動により入力電圧が低下して８０Ｖになると、許容電力は８０Ｗとなるので、充電電流を所定値１０Ａより低い値（Ｉ０８）である８Ａ（＝８０Ｗ／１０Ｖ）に設定することができる。
【００４９】
もし、同じ充電装置により被充電電池の電池電圧が８Ｖで、充電電流所定値が１０Ａの他の電池パックを充電しようとする場合、入力電圧が８０Ｖに低下したときも、（８０Ｗ／８Ｖ＝１０Ａ）より１０Ａでの充電が可能であるので、充電電流を低い電流値（Ｉ０８）に再設定する必要はない。即ち、入力電圧の低下があっても所定の充電電流（Ｉ１０）で充電を継続することができる。このように、予め充電装置の入出力特性に対応させて入力電圧低下時の限界充電電流をマイクロコンピュータ５０のＲＯＭ５２に記憶させることにより、入力電圧の低下に応じて充電電流を設定することができる。
【００５０】
ステップ１１１において、ステップ１０４でスタートさせたサンプリングタイマが所定時間経過したか否か判別する。ＹＥＳの場合、即ち、所定時間経過したと判断した場合、ステップ１１２で再度サンプリングタイマをスタートさせる。
【００５１】
次いで、ステップ１１３において、感温素子２Ｂからの電圧を電池温度検出手段９０の分圧用抵抗９１及び９２で分圧し、その分圧値をＡ／Ｄコンバータ５５によってＡ／Ｄ変換し、電池温度をマイクロコンピュータ５０に取り込む。
【００５２】
更に、ステップ１１４に進み、電池パック２の充電中の電池電圧を、電池電圧検出手段４０の分圧用抵抗４１及び４２で分圧し、その分圧値をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池電圧をマイクロコンピュータ５０に取り込む。ここで取り込まれた電池温度及び電池電圧は、マイクロコンピュータ５０のＲＡＭ５３に、サンプリング時間ごとに記憶され、次のステップ１１５の満充電処理に用いられる。
【００５３】
ステップ１１５において、電池パック２は満充電されたか否かを判別する。満充電の判別法については、周知の種々の検出方法が採用できる。例えば、電池電圧検出手段４０の出力に基づいて電池電圧が充電終了時のピーク電圧から所定量降下したことを検出して充電を制御する、周知の「−ΔＶ検出」方式を採用できる。また、他の方式として、電池電圧がピークに達する前に充電を停止させるために、電池電圧の変化を時間による２階微分値を求め、その値が負になるのを検出して充電を制御する「２階微分検出」方式や、電池温度検出手段９０の出力に基づいて充電開始からの電池パック２の温度上昇率を検出し、所定の温度上昇率以上になるのを検出して充電を制御する「ΔＴ検出」方式を採用できる。なお、充電時の所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）を検出し、その温度上昇率が所定値以上になるのを検出して充電を制御する「ｄＴ／ｄｔ検出」方式については、例えば、特開昭６２−１９３５１８号公報、特開平２−２４６７３９号公報、実開平３−３４６３８号公報及び特開２００１−１６９４７３号公報等に記載されており、それらの技術を本発明に採用できる。
【００５４】
ステップ１１５において、電池パック２が満充電と判別されれば（ＹＥＳの場合）、ステップ１１６に進み、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ｂより充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達し、充電を停止させる。
【００５５】
次いで、ステップ１１７へ進み、電池パック２が充電装置より取り出されたか否かを判別する。電池パック２の取り出しを判別したら，ステップ１０１に戻り、次の充電の待機状態となる。
【００５６】
ステップ１１５において、電池パック２が満充電でないと判別した場合、再度ステップ１０５からの再処理を行う。
【００５７】
以上の説明より明らかにされるように、本発明によれば、建築現場等の充電装置に給電する入力電源の電圧変動が激しい電源環境でも、充電装置の入力電圧を検出し監視することにより、入力電源の電圧が低下しても適切な充電電流値あるいは出力電力での充電が可能となる。そのため、電池パックの充電不足を防止し、また、高効率な充電装置を提供できるので、充電装置の効率低下による発熱も未然に防止できる。
【００５８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００５９】
上記実施形態では、充電装置の入力電源１の電圧変動を全波整流回路１０の出力電圧より検出したが、交流電源１の電圧変動を、他の整流回路を介して、直接的に検出しても良い。ただし、上記実施形態の電圧検出方式によれば、特別な他の整流回路を必要としない点で構成が簡単となり、有利である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る充電装置の一実施形態を示すブロック回路図。
【図２】本発明に係る充電装置の一実施形態の動作フローチャート。
【図３】本発明に係る充電装置の一実施形態の入出力特性を示すグラフ。
【図４】従来例に係る充電装置の入力電圧低下による出力電力低下を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６１】
１：入力商用電源      ２：組電池（電池パック）      ２Ａ：素電池（セル）
２Ｂ：感温素子（サーミスタ素子）      ３：電流検出手段（低抵抗素子）
４：充電制御信号伝達手段      ５：充電電流信号伝達手段      ６：入力電圧伝達手段
１０：第１の整流平滑回路      １１：全波整流回路      １２：平滑用コンデンサ
２０：スイッチング回路      ２１：高周波トランス（降圧用トランス）
２２：ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）  ２３：ＰＷＭ制御ＩＣ（駆動信号制御手段）
３０：第２の整流平滑回路      ３１、３２：整流用ダイオード
３３：チョークコイル      ３４：平滑用コンデンサ      ４０：電池電圧検出手段
４１、４２：分圧用抵抗      ５０：マイクロコンピュータ（設定値制御手段）
５１：中央処理装置（ＣＰＵ）      ５２：ＲＯＭ      ５３：ＲＡＭ
５４：タイマ      ５５：Ａ／Ｄコンバータ      ５６ａ：出力ポート
５６ｂ：入力ポート      ５７：リセット入力ポート      ５８：内部バス（ＢＵＳ）
５９：電源スイッチ      ６０：充電電流制御手段      ６１、６２：演算増幅器
６３、６５：演算増幅器の入力用抵抗      ６４、６６：演算増幅器の帰還用抵抗
７０：定電圧電源      ７１：電源トランス      ７２：全波整流回路
７３：３端子レギュレータ      ７４、７５：平滑用コンデンサ
７６：リセットＩＣ      ８０：充電電流設定手段      ９０：電池温度検出手段
９１、９２：分圧用抵抗      １００：入力電圧検出手段
１０１、１０２：分圧用抵抗      １０３：遅延用コンデンサ
１０４：入力電圧低下検出回路
【図１】
2006129619.tif 000003
【図２】
2006129619.tif 000004
【図３】
2006129619.tif 000005
【図４】
2006129619.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月1日(2005.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被充電電池に電流を供給するスイッチング電源と、前記スイッチング電源の入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記スイッチング電源によって供給する前記被充電電池の充電電流を検出し、該充電電流を充電電流設定値に従って制御する充電電流制御手段と、前記入力電圧検出手段の検出信号に基づき前記被充電電池への電流の供給を所定値以下で行うか否かを判定し、その入力電圧の大きさに従って前記充電電流設定値を制御するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータは、前記入力電圧検出手段の検出信号に基づいて前記入力電圧が所定値以下と判定した場合、前記充電電流設定値を所定値以下に設定することを特徴とする電池の充電装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源の入力電源は、交流電源より整流回路を介して出力された電源から成り、前記入力電圧検出手段は前記整流回路の出力電圧を検出することを特徴とする請求項１に記載された電池の充電装置。
【請求項３】
前記スイッチング電源は、１次コイル及び２次コイルを有するトランスと、前記１次コイルに直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子の制御電極にパルス駆動信号を供給する駆動信号制御手段と、前記２次コイルに接続された整流平滑回路とを備え、前記充電電流制御手段は、前記駆動信号制御手段のパルス駆動信号のパルス幅を制御することによって、前記充電電流を制御することを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
【請求項４】
前記マイクロコンピュータは、前記整流回路の出力電圧に対する前記スイッチング電源が被充電電池に供給可能な電流との関係を予め記憶しておき、この予め記憶された関係に基づいて前記充電電流設定値を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載された電池の充電装置。
【請求項５】
入力電源と、前記入力電源に接続され被充電電池に充電電流を供給する電源供給手段と、前記入力電源の電圧変動を検出する入力電圧検出手段と、前記電源供給手段に電気的接続され、前記被充電電池に供給する充電電流を設定値に従って制御する充電電流制御手段と、前記充電電流制御手段に付与する前記設定値を制御するための設定値制御手段とを備え、前記設定値制御手段は、前記入力電圧検出手段が検出する入力電圧の低下に基づいて前記充電電流制御手段の前記設定値を変えることによって、前記被充電電池に供給する充電電流を低下させることを特徴とする電池の充電装置。
【請求項６】
前記入力電源は交流電源より整流回路を介して整流した電源から成り、前記入力電圧検出手段は前記整流回路の整流電圧を検出することを特徴とする請求項５に記載された電池の充電装置。
【請求項７】
前記設定値制御手段は、マイクロコンピュータから成り、該マイクロコンピュータの入力ポートに前記入力電圧検出手段が検出した入力電圧の検出信号を入力し、該マイクロコンピュータの出力ポートより前記充電電流制御手段の前記設定値を変える制御信号を出力することを特徴とする請求項５または６に記載された電池の充電装置。
【請求項８】
前記マイクロコンピュータは、前記入力電源の電圧に対する前記電源供給手段が被充電電池に供給可能な電流との関係を予め記憶しておき、この予め記憶された入力電圧対電力の関係に基づいて前記設定値を決定することを特徴とする請求項７に記載された電池の充電装置。
【請求項９】
被充電電池に充電電流を供給するスイッチング電源と、前記被充電電池の電池電圧を検出する電池電圧検出手段と、前記スイッチング電源からの出力電流を制御する充電制御手段と、前記スイッチング電源への入力電圧を検出する入力電圧検出手段とを備え、前記入力電圧検出手段と電池電圧検出手段の出力に応じて、前記スイッチング電源への入力電圧が所定値以下で、かつ前記電池電圧検出手段からの出力値が所定値以上ならば、前記被充電電池の充電電流を所定値以下に低下させる制御を行うことを特徴とする電池の充電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル・カドミウム電池（ニカド電池）やニッケル・水素電池等の２次電池を充電するための充電装置に関し、特に、充電装置に印加される入力電圧変動が激しい電源環境で使用することが可能な充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具等の携帯用機器の電源としては、ニカド電池やニッケル・水素電池等の高容量化された２次電池が広く使用されつつある。一方、２次電池の高容量化に伴い、これら電池を短時間で充電するための充電装置の大出力容量化も進みつつある。
【０００３】
大電流充電による電池の寿命の低下を防止するために、充電中の電池電圧の監視、電池温度の監視、及び充電電流の監視等の種々の電池情報を検出し、検出された電池情報に基づいて最適な充電制御を行う充電装置が開発されている。例えば、充電中の電池電圧を検出して充電電流を制御する充電装置は下記特許文献１に示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９４１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電動工具（コードレス工具）に用いられる充電器の使用場所は必ずしも電源環境が整っているとは限らず、作業現場付近に適切な商用電源が無い場合、作業現場から遠く離れた場所より電工ドラム（電源コード）を介して商用電源を供給し、その一つの電工ドラムのコンセントに、充電器及び商用電源を利用できる他の電動工具（コード付き工具）等を接続して作業するときがある。
【０００６】
この場合、電工ドラムの長い電源コードを介して電源を充電器に供給して電池を充電している一方、同じ長い電源コードを介して他の電動工具に電源が供給されると、充電器に供給される電源電圧は電源コードの抵抗により著しく低下する。電源コードの抵抗が例えば１オーム程度の僅かな値であっても、他の電動工具の負荷電流が例えば２０Ａのような大電流となれば、その電圧降下が大きくなり、充電器の入力電圧は著しく低下することになる。例えば、図４に示すように、商用電源により動作する複数台の電動工具が同時に使用されれば、充電器に供給する電源の電圧低下は無視出来ないレベルとなり、充電器に使用されるスイッチング電源のような電源回路は、入力電圧が低下したとしても所定すなわち低下前の規定入力電圧に相当する出力電流すなわち所定の充電電流となるように動作するため、例えばスイッチング素子であるＦＥＴ等のパワー素子の発熱が過大となり、最悪の場合電源回路が破損するという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、充電装置に給電する入力電源の電圧変動が激しい電源環境で使用することが可能な充電装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の上記の目的及び他の目的、ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面より更に明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの特徴によれば、入力電源と、入力電源に接続され被充電電池に充電電流を供給する電源供給手段と、入力電源の電圧変動を検出する入力電圧検出手段と、電源供給手段に電気的接続され、被充電電池に供給する充電電流を設定値に従って制御する充電電流制御手段と、充電電流制御手段に付与する設定値を制御するための設定値制御手段とを備え、設定値制御手段は、入力電圧検出手段が検出する入力電圧の低下に基づいて充電電流制御手段の設定値を変えることによって、被充電電池に供給する充電電流を低下させる。これによって、入力電源の電圧変動に伴って許容される入力電力の範囲内において、被充電電池への電流の供給を所定値以下で行うように充電電流を制御する。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、上記電源供給手段はスイッチング電源回路から成り、該スイッチング電源回路は、１次コイル及び２次コイルを有するトランスと、入力電源の出力端に該１次コイルを介して接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子の制御電極にパルス駆動信号を供給する駆動信号制御手段と、２次コイルに接続され、被充電電池に電圧及び充電電流を供給する整流平滑回路とを備える。上記充電電流制御手段は、上記入力電圧検出手段によって検出された入力電圧の低下に基づいて上記駆動信号制御手段のパルス駆動信号のパルス幅を制御することによって整流平滑回路の出力を制御し、これによって、充電電流を低下させる。
【００１１】
本発明の更に他の特徴によれば、上記充電電流制御手段に付与する充電電流の設定値を制御する上記設定値制御手段は、マイクロコンピュータより成る。該マイクロコンピュータは、上記入力電圧検出手段の検出信号に基づいて、入力電圧が所定値以下と判定した場合、充電電流設定値を所定値以下に設定する。
【００１２】
本発明の更に他の特徴によれば、上記設定値制御手段を構成するマイクロコンピュータは、充電装置の入力電源の電圧に対する電源供給手段が被充電電池に供給可能な電流との関係を予め記憶しておき、この予め記憶された入力電圧対電力の関係に基づいて前記設定値を決定する。
【００１３】
本発明の更に他の特徴によれば、上記電源供給手段の入力電源は、交流電源より整流回路を介して整流した電源から成り、上記入力電圧検出手段は整流回路の整流電圧を検出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の充電装置によれば、充電装置の入力電圧が低下した場合、入力電力の許容範囲内において被充電電池へ電力を供給するように、充電電流を低下させて充電を行うので、入力電圧が低下した電源環境でも２次電池を充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る充電装置の回路図を示す。図１において、充電装置によって充電すべき組電池（以下、「電池パック」または「被充電電池」と称する場合がある）２は、直列接続された複数の充電可能な素電池（セル）２Ａと、素電池２Ａに接触または近接して配置されたサーミスタ等の感温素子２Ｂとから成る。例えば、この組電池２は素電池２Ａが約１．２Ｖの電圧を有するニカド電池を８個直列接続したものから成り、約９．６Ｖの電圧を持つ。
【００１７】
被充電電池２に電力（充電電圧及び充電電流）を供給するための電源供給手段は、第１の整流平滑回路１０と、スイッチング回路２０と、第２の整流平滑回路３０とを具備する。
【００１８】
第１の整流平滑回路１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２とから成る。スイッチング回路２０は、高周波トランス（降圧トランス）２１と、トランス２１の１次コイルに直列接続されたＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）２２と、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に印加する駆動パルス信号のパルス幅を変調させるためのＰＷＭ制御ＩＣ（駆動信号制御手段）２３とを備える。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、充電電流信号伝達手段５より入力される制御入力信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に供給する駆動パルス幅を変えることによって、ＭＯＳＦＥＴ２２のオン時間を制御し、第２の整流平滑回路３０の出力電圧と組電池２の充電電流を調整する。第２の整流平滑回路３０はトランス２１の２次コイル側に接続されたダイオード３１及び３２、チョークコイル３３、及び平滑コンデンサ３４から成る。第１の整流平滑回路１０には、電源スイッチ５９を介して商用交流電源１が供給される。
【００１９】
第１の整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、及び第２の整流平滑回路３０を含む電源供給手段には、充電電流制御手段６０が電気的接続されている。充電電流制御手段６０は、演算増幅器６１及び６２と、入力抵抗６３及び６５と、帰還抵抗６４及び６６とから構成された演算増幅回路を含む。
【００２０】
この充電電流制御手段６０の入力側は電池パック２の充電電流を検出するための抵抗からなる電流検出手段３に接続される。また、その出力側は充電電流信号伝達手段５を介して前述したＰＷＭ制御ＩＣ２３に電気的接続される。更に、演算増幅器６２の反転入力端子には充電電流設定手段８０が接続される。充電電流設定手段８０は、後述するマイクロコンピュータ（設定値制御手段）５０の出力ポート５６ａからの制御信号に対応して充電電流の大きさを設定するものである。即ち、出力ポート５６aからの制御信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。このような構成に基づき、充電電流制御手段６０は充電電流設定手段８０の設定値に従って、被充電電池２に供給する充電電流を制御する。
【００２１】
充電電流設定手段８０の充電電流設定値は、マイクロコンピュータ５０から成る設定値制御手段によって制御される。マイクロコンピュータ５０は、制御プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）５１、ＣＰＵ５１の制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２、データの一時記憶領域として利用されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３、タイマ５４、後述する組電池２の電池電圧の検出信号及び組電池２の温度の検出信号についてアナログ信号からデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ５５、制御信号を出力するための出力ポート５６ａ、後述する入力電源の検出信号を入力するための入力ポート５６ｂ、及び電源投入時にリセット信号を入力するためのリセット入力ポート５７の機能ブロックから構成され、これら機能ブロックは内部バス５８によって相互に接続されている。例えば、上記ＣＰＵ５１は，ＲＡＭ５３に記憶した最新の電池温度と、ＲＡＭ５３に記憶された複数のサンプリング時間毎にサンプリングした電池温度とから電池温度の対時間勾配の演算等を行う。
【００２２】
組電池２の電圧は、分圧用抵抗４１及び４２から成る電池電圧検出手段４０によって検出し、マイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。
【００２３】
組電池２の温度は、５Ｖの定電圧源に直列接続された抵抗９１及び９２からなる電池温度検出手段９０に組電池２内に設けた感温素子２Ｂを接続することによって、温度変化に従った分圧電圧として検出し、この検出電圧をマイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。
【００２４】
スイッチング回路２０に供給される入力電源（電源）の電圧変動は、入力電圧検出手段１００によって検出する。入力電圧検出手段１００は、第１の整流平滑回路１０の出力電圧を分圧するための分圧抵抗１０１及び１０２と、コンデンサ１０３と、入力電圧低下検出回路１０４とから構成される。コンデンサ１０３は、ノイズ等による所定時間未満の過渡的な電圧低下の検出を除外するために付加されている。入力電圧検出手段１００で検出された入力電圧の低下は、入力電圧伝達手段６を介してマイクロコンピュータ５０の入力ポート５６ｂに入力される。
【００２５】
被充電電池２の充電の開始または停止を指示する信号は、マイクロコンピュータ５０の制御プログラムに従って、その出力ポート５６ａより充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の制御入力へ供給される。スイッチング回路２０は充電制御信号伝達手段４の制御信号に従って充電の開始または停止を制御する。
【００２６】
マイクロコンピュータ５０、充電電流制御手段６０、及び電池温度検出手段９０等の電源またはバイアス電源は、商用交流電源１より電圧源を形成する定電圧電源７０によって供給される。この定電圧電源７０は、電源トランス７１、全波整流回路７２、３端子レギュレータ（ＩＣ）７３、平滑用コンデンサ７４及び７５、リセットＩＣ７６から構成される。
【００２７】
定電圧電源７０のリセットＩＣ７６は、電源投入時などにマイクロコンピュータ５０を初期状態にするために、リセット入力ポート５７にリセット信号を出力するものである。
【００２８】
次に、図１に示した本発明の実施形態について、図２に示したフローチャートを参照して、その動作を説明する。
【００２９】
スイッチ５９によって電源を投入すると、充電プログラムがスタートし、組電池２の接続待機状態となる。ステップ１０１に進み、電池パック２が充電装置に接続されたか否かを判断する。電池パック２を接続すると、マイクロコンピュータ５０は、電池パック２の接続を電池電圧検出手段４０から得られる信号により判別し、電池パック２の接続が確認されれば、次のステップ１０２へ進む。
【００３０】
ステップ１０２において、初期充電電流Ｉ０での充電を開始するために、マイクロコンピュータ５０は、その出力ポート５６ａより制御信号を出力して、充電電流設定手段８０を介して初期充電電流Ｉ１０を設定するための初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０を演算増幅器６２の反転入力端子へ与える。
【００３１】
次にステップ１０３において、マイクロコンピュータ５０の出力ポート５６ａより初期充電電流Ｉ０によって充電を開始させる充電開始信号を出力し、充電制御信号伝達手段４を介してその充電開始信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３へ入力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作状態にすることによって初期充電電流Ｉ０による充電を開始する。このとき、充電電流設定手段８０は与えられた初期充電電流Ｉ０に対応する初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０を演算増幅器６２に基準電圧として供給し、充電電流制御手段６０は、演算増幅器６２に供給された初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０に従って、電池パック２の充電電流を初期充電電流Ｉ０に制御する。
【００３２】
ここで、充電電流設定手段８０から与えられる初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０は、入力電圧検出手段１００によって検出される入力電源の電圧が低下していても十分に充電電流の供給が可能な値に設定する。
【００３３】
また、充電の開始と同時に、電池パック２に流れる充電電流を電流検出手段３によって検出し、この充電電流に対応する検出電圧と初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０との差信号を、充電電流制御手段６０によって増幅し、充電電流信号伝達手段５を介して、ＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する。これによって、差信号の大きさに応じてＰＷＭ制御ＩＣ２３が発生する駆動パルス信号のパルス幅を変調する。その結果、スイッチング素子２２は、電池パック２の充電電流が大きい場合狭いパルス幅のパルス電圧（または電流）を、逆に、その充電電流が小さい場合広いパルス幅のパルス電圧（または電流）を高周波トランス２１に供給し、第２の整流平滑回路３０によってそのパルス電圧を平滑し、電池パック２の充電電流を一定に保持する。即ち、電流検出手段３、充電電流制御手段６０、充電電流信号伝達手段５、スイッチング回路２０、及び第２の整流平滑回路３０は、充電電流制御回路を構成し、電池パック２の充電電流が初期充電電流値Ｉ０になるように制御する。
【００３４】
初期充電の開始後、ステップ１０４に進み、マイクロコンピュータ５０は、入力電圧検出手段１００で検出した入力電圧、電池電圧検出手段４０で検出した充電中の電池電圧、及び電池温度検出手段９０で検出した電池温度のデータを一定時間で取り込むためにサンプリングタイマをスタートさせる。
【００３５】
ステップ１０５において、入力電圧伝達手段６に接続される入力電圧検出手段１００の出力を入力ポート５６ｂで読み込む。
【００３６】
次いで、ステップ１０６に進み、電源供給手段のスイッチング回路２０の入力電圧（第１の整流平滑回路１０の出力電圧）が低下しているか否かの判別を行う。判別の結果、ＮＯと判断された場合、即ち入力電圧の低下がなければ、ステップ１０７へ進む。
【００３７】
ステップ１０７において、入力電圧の低下がないので、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａにより充電電流設定手段８０を介して演算増幅器６２に印加される充電電流設定基準電圧値を所定値ＶＩ１０（以下、「基準電圧所定値」と称する）に設定し、電池パック２に所定の充電電流Ｉ１０（以下、「充電電流所定値」と称する）が流れるように充電電流制御手段６０を動作させる。充電電流設定手段８０により新しく設定された基準電圧所定値ＶＩ１０は、直ちに電流検出手段３により検出された充電電流に対応する電圧と比較され、その差を充電電流制御手段６０より充電電流信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかけ、電池パック２に流れる充電電流が充電電流所定値Ｉ１０になるように制御する。
【００３８】
また、ステップ１０６の判別の結果、ＹＥＳと判断された場合、即ち入力電圧検出手段１００によって入力電圧の低下が検出されれば、ステップ１０８に進む。
【００３９】
ステップ１０８において、被充電電池２の電池電圧を電池電圧検出手段４０の出力よりマイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５で取り込む。
【００４０】
次に、ステップ１０９で、入力電圧の低下、即ち入力電力の低下から判断して、電池パック２に充電電流所定値Ｉ１０を流せるか否かを判別する。ＹＥＳの場合、即ち充電電流所定値Ｉ１０を流すことが可能であれば、マイクロコンピュータ５０は、上記ステップ１０７の動作に進み、出力ポート５６ａによって、充電電流設定手段８０が演算増幅器６２に印加する充電電流設定基準電圧値を基準電圧所定値ＶＩ１０に設定する。この基準電圧所定値ＶＩ１０の設定に基づく充電電流制御手段６０の帰還作用によって、電池パック２の充電電流を充電電流所定値Ｉ１０に設定する。
【００４１】
ステップ１０９で、ＮＯと判断された場合、即ち充電電流所定値Ｉ１０での充電が不可能な場合、ステップ１１０に進む。
【００４２】
ステップ１１０において、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａによって、充電電流設定手段８０より演算増幅器６２に印加される充電電流設定基準電圧値を、上記した基準電圧所定値ＶＩ１０より低い基準電圧値ＶＩ０８に設定する。この低い基準電圧値ＶＩ０８の設定により、充電電流制御手段６０は、電池パック２の充電電流を充電電流所定値Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８に設定する。即ち、充電電流設定手段８０により新しく設定された充電電流設定基準電圧値ＶＩ０８は演算増幅器６２によって直ちに電流検出手段３により検出された充電電流に対応する電圧と比較され、その差信号は充電電流制御手段６０より充電電流信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還され、電池パック２を充電電流所定値Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８で充電する。
【００４３】
ここで、充電電流所定値Ｉ１０は被充電電池２（電池パック）の種類によって異なり、被充電電池２の特性に適した充電電流値に選択される。本発明によれば、上述より明らかにされるように、商用交流電源１の電圧変動等の理由により、充電装置の入力電圧（第１の整流平滑回路１０の出力電圧）が低下した場合、充電装置（第２の整流平滑回路３０）の出力を停止させることなく、入力電力が許容する出力電力の範囲において、充電電流を低下させて電池パック２の充電を継続させるものである。
【００４４】
充電に適した充電電流Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８の設定は、充電装置の入出力特性により定めることができる。例えば、図３に示すような入出力特性をもつ充電装置の充電電流を設定する場合を考える。充電電流所定値Ｉ１０が１０Ａ、電池電圧が約１０Ｖの電池パック２を充電しようとする場合、スイッチング回路２０の入力電圧が１００Ｖの時の出力電力は１００Ｗである。入力電圧が低下して８０Ｖとなった時の出力電力は８０Ｗとなるので、入力電圧が１００Ｖである時には、充電電流を所定値（Ｉ１０）の１０Ａ（＝１００Ｗ／１０Ｖ）に設定することが可能である。一方、入力電圧が低下して８０Ｖになると、許容電力は８０Ｗとなるので、充電電流を所定値１０Ａより低い値（Ｉ０８）である８Ａ（＝８０Ｗ／１０Ｖ）に設定することができる。
【００４５】
もし、同じ充電装置により被充電電池２の電池電圧が８Ｖで、充電電流所定値Ｉ１０が１０Ａの他の電池パックを充電しようとする場合、入力電圧が８０Ｖに低下したときも、（８０Ｗ／８Ｖ＝１０Ａ）より１０Ａでの充電が可能であるので、充電電流を低い電流値（Ｉ０８）に再設定する必要はない。即ち、入力電圧の低下があっても充電電流所定値Ｉ１０で充電を継続することができる。このように、予め充電装置の入出力特性に対応させて入力電圧低下時の限界充電電流をマイクロコンピュータ５０のＲＯＭ５２に記憶させることにより、入力電圧の低下に応じて充電電流を設定することができる。
【００４６】
ステップ１１１において、ステップ１０４でスタートさせたサンプリングタイマが所定時間経過したか否か判別する。ＹＥＳの場合、即ち、所定時間経過したと判断した場合、ステップ１１２で再度サンプリングタイマをスタートさせる。
【００４７】
次いで、ステップ１１３において、電池温度検出手段９０の分圧用抵抗９２の分圧電圧値をＡ／Ｄコンバータ５５によってＡ／Ｄ変換し、電池温度をマイクロコンピュータ５０に取り込む。
【００４８】
更に、ステップ１１４に進み、電池パック２の充電中の電池電圧を、電池電圧検出手段４０の分圧用抵抗４１及び４２で分圧し、その分圧値をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池電圧をマイクロコンピュータ５０に取り込む。ここで取り込まれた電池温度及び電池電圧は、マイクロコンピュータ５０のＲＡＭ５３に、サンプリング時間ごとに記憶され、次のステップ１１５の満充電処理に用いられる。
【００４９】
ステップ１１５において、電池パック２は満充電されたか否かを判別する。満充電の判別法については、周知の種々の検出方法が採用できる。例えば、電池電圧検出手段４０の出力に基づいて電池電圧が充電時のピーク電圧から所定量降下したことにより満充電と検出する周知の「−ΔＶ検出」方式を採用できる。また、他の方式として、電池電圧がピークに達する前に充電を停止させるために、電池電圧の変化を時間による２階微分値を求め、その値が負になった時を満充電と検出する「２階微分検出」方式や、電池温度検出手段９０の出力に基づいて充電開始からの電池パック２の温度上昇を検出し、所定の温度上昇以上になった時を満充電と検出する「ΔＴ検出」方式を採用できる。なお、充電時の所定時間当りの電池温度上昇（温度勾配）を検出し、その温度上昇が所定値以上になった時を満充電と検出する「ｄＴ／ｄｔ検出」方式については、例えば、特開昭６２−１９３５１８号公報、特開平２−２４６７３９号公報、実開平３−３４６３８号公報及び特開２００１−１６９４７３号公報等に記載されており、それらの技術を本発明に採用できる。
【００５０】
ステップ１１５において、電池パック２が満充電と判別されれば（ＹＥＳの場合）、ステップ１１６に進み、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａより充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達し、充電を停止させる。
【００５１】
次いで、ステップ１１７へ進み、電池パック２が充電装置より取り出されたか否かを判別する。電池パック２の取り出しを判別したら，ステップ１０１に戻り、次の充電の待機状態となる。
【００５２】
ステップ１１５において、電池パック２が満充電でないと判別した場合、再度ステップ１０５からの再処理を行う。
【００５３】
以上の説明より明らかにされるように、本発明によれば、建築現場等の充電装置に給電
する入力電源の電圧変動が激しい電源環境でも、充電装置の入力電圧を検出し監視することにより、入力電圧が低下しても適切な充電電流値あるいは出力電力での充電が可能となる。そのため、充電装置の発熱も未然に防止できる。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006129619.tif 000007
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2006129619.tif 000008
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2006129619.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月22日(2005.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル・カドミウム電池（ニカド電池）やニッケル・水素電池等の２次電池を充電するための充電装置に関し、特に、充電装置に印加される入力電圧変動が激しい電源環境で使用することが可能な充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具等の携帯用機器の電源としては、ニカド電池やニッケル・水素電池等の高容量化された２次電池が広く使用されつつある。一方、２次電池の高容量化に伴い、これら電池を短時間で充電するための充電装置の大出力容量化も進みつつある。
【０００３】
大電流充電による電池の寿命の低下を防止するために、充電中の電池電圧の監視、電池温度の監視、及び充電電流の監視等の種々の電池情報を検出し、検出された電池情報に基づいて最適な充電制御を行う充電装置が開発されている。例えば、充電中の電池電圧を検出して充電電流を制御する充電装置は下記特許文献１に示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９４１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電動工具（コードレス工具）に用いられる充電器の使用場所は必ずしも電源環境が整っているとは限らず、作業現場付近に適切な商用電源が無い場合、作業現場から遠く離れた場所より電工ドラム（電源コード）を介して商用電源を供給し、その一つの電工ドラムのコンセントに、充電器及び商用電源を利用できる他の電動工具（コード付き工具）等を接続して作業するときがある。
【０００６】
この場合、電工ドラムの長い電源コードを介して電源を充電器に供給して電池を充電している一方、同じ長い電源コードを介して他の電動工具に電源が供給されると、充電器に供給される電源電圧は電源コードの抵抗により著しく低下する。電源コードの抵抗が例えば１オーム程度の僅かな値であっても、他の電動工具の負荷電流が例えば２０Ａのような大電流となれば、その電圧降下が大きくなり、充電器の入力電圧は著しく低下することになる。例えば、図４に示すように、商用電源により動作する複数台の電動工具が同時に使用されれば、充電器に供給する電源の電圧低下は無視出来ないレベルとなり、充電器に使用されるスイッチング電源のような電源回路は、入力電圧が低下したとしても所定すなわち低下前の規定入力電圧に相当する出力電流すなわち所定の充電電流となるように動作するため、例えばスイッチング素子であるＦＥＴ等のパワー素子の発熱が過大となり、最悪の場合電源回路が破損するという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、充電装置に給電する入力電源の電圧変動が激しい電源環境で使用することが可能な充電装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の上記の目的及び他の目的、ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面より更に明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの特徴によれば、入力電源と、入力電源に接続され被充電電池に充電電流を供給する電源供給手段と、入力電源の電圧変動を検出する入力電圧検出手段と、電源供給手段に電気的接続され、被充電電池に供給する充電電流を設定値に従って制御する充電電流制御手段と、充電電流制御手段に付与する設定値を制御するための設定値制御手段とを備え、設定値制御手段は、入力電圧検出手段が検出する入力電圧の低下に基づいて充電電流制御手段の設定値を変えることによって、被充電電池に供給する充電電流を低下させる。これによって、入力電源の電圧変動に伴って許容される入力電力の範囲内において、被充電電池への電流の供給を所定値以下で行うように充電電流を制御する。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、上記電源供給手段はスイッチング電源回路から成り、該スイッチング電源回路は、１次コイル及び２次コイルを有するトランスと、入力電源の出力端に該１次コイルを介して接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子の制御電極にパルス駆動信号を供給する駆動信号制御手段と、２次コイルに接続され、被充電電池に電圧及び充電電流を供給する整流平滑回路とを備える。上記充電電流制御手段は、上記入力電圧検出手段によって検出された入力電圧の低下に基づいて上記駆動信号制御手段のパルス駆動信号のパルス幅を制御することによって整流平滑回路の出力を制御し、これによって、充電電流を低下させる。
【００１１】
本発明の更に他の特徴によれば、上記充電電流制御手段に付与する充電電流の設定値を制御する上記設定値制御手段は、マイクロコンピュータより成る。該マイクロコンピュータは、上記入力電圧検出手段の検出信号に基づいて、入力電圧が所定値以下と判定した場合、充電電流設定値を所定値以下に設定する。
【００１２】
本発明の更に他の特徴によれば、上記設定値制御手段を構成するマイクロコンピュータは、充電装置の入力電源の電圧に対する電源供給手段が被充電電池に供給可能な電流との関係を予め記憶しておき、この予め記憶された入力電圧対電力の関係に基づいて前記設定値を決定する。
【００１３】
本発明の更に他の特徴によれば、上記電源供給手段の入力電源は、交流電源より整流回路を介して整流した電源から成り、上記入力電圧検出手段は整流回路の整流電圧を検出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の充電装置によれば、充電装置の入力電圧が低下した場合、入力電力の許容範囲内において被充電電池へ電力を供給するように、充電電流を低下させて充電を行うので、入力電圧が低下した電源環境でも２次電池を充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る充電装置の回路図を示す。図１において、充電装置によって充電すべき組電池（以下、「電池パック」または「被充電電池」と称する場合がある）２は、直列接続された複数の充電可能な素電池（セル）２Ａと、素電池２Ａに接触または近接して配置されたサーミスタ等の感温素子２Ｂとから成る。例えば、この組電池２は素電池２Ａが約１．２Ｖの電圧を有するニカド電池を８個直列接続したものから成り、約９．６Ｖの電圧を持つ。
【００１７】
被充電電池２に電力（充電電圧及び充電電流）を供給するための電源供給手段は、第１の整流平滑回路１０と、スイッチング回路２０と、第２の整流平滑回路３０とを具備する。
【００１８】
第１の整流平滑回路１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２とから成る。スイッチング回路２０は、高周波トランス（降圧トランス）２１と、トランス２１の１次コイルに直列接続されたＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）２２と、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に印加する駆動パルス信号のパルス幅を変調させるためのＰＷＭ制御ＩＣ（駆動信号制御手段）２３とを備える。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、充電電流信号伝達手段５より入力される制御入力信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に供給する駆動パルス幅を変えることによって、ＭＯＳＦＥＴ２２のオン時間を制御し、第２の整流平滑回路３０の出力電圧と組電池２の充電電流を調整する。第２の整流平滑回路３０はトランス２１の２次コイル側に接続されたダイオード３１及び３２、チョークコイル３３、及び平滑コンデンサ３４から成る。第１の整流平滑回路１０には、電源スイッチ５９を介して商用交流電源１が供給される。
【００１９】
第１の整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、及び第２の整流平滑回路３０を含む電源供給手段には、充電電流制御手段６０が電気的接続されている。充電電流制御手段６０は、演算増幅器６１及び６２と、入力抵抗６３及び６５と、帰還抵抗６４及び６６とから構成された演算増幅回路を含む。
【００２０】
この充電電流制御手段６０の入力側は電池パック２の充電電流を検出するための抵抗からなる電流検出手段３に接続される。また、その出力側は充電電流信号伝達手段５を介して前述したＰＷＭ制御ＩＣ２３に電気的接続される。更に、演算増幅器６２の反転入力端子には充電電流設定手段８０が接続される。充電電流設定手段８０は、後述するマイクロコンピュータ（設定値制御手段）５０の出力ポート５６ａからの制御信号に対応して充電電流の大きさを設定するものである。即ち、出力ポート５６aからの制御信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。このような構成に基づき、充電電流制御手段６０は充電電流設定手段８０の設定値に従って、被充電電池２に供給する充電電流を制御する。
【００２１】
充電電流設定手段８０の充電電流設定値は、マイクロコンピュータ５０から成る設定値制御手段によって制御される。マイクロコンピュータ５０は、制御プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）５１、ＣＰＵ５１の制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２、データの一時記憶領域として利用されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３、タイマ５４、後述する組電池２の電池電圧の検出信号及び組電池２の温度の検出信号についてアナログ信号からデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ５５、制御信号を出力するための出力ポート５６ａ、後述する入力電源の検出信号を入力するための入力ポート５６ｂ、及び電源投入時にリセット信号を入力するためのリセット入力ポート５７の機能ブロックから構成され、これら機能ブロックは内部バス５８によって相互に接続されている。例えば、上記ＣＰＵ５１は，ＲＡＭ５３に記憶した最新の電池温度と、ＲＡＭ５３に記憶された複数のサンプリング時間毎にサンプリングした電池温度とから電池温度の対時間勾配の演算等を行う。
【００２２】
組電池２の電圧は、分圧用抵抗４１及び４２から成る電池電圧検出手段４０によって検出し、マイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。
【００２３】
組電池２の温度は、５Ｖの定電圧源に直列接続された抵抗９１及び９２からなる電池温度検出手段９０に組電池２内に設けた感温素子２Ｂを接続することによって、温度変化に従った分圧電圧として検出し、この検出電圧をマイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。
【００２４】
スイッチング回路２０に供給される入力電源（電源）の電圧変動は、入力電圧検出手段１００によって検出する。入力電圧検出手段１００は、第１の整流平滑回路１０の出力電圧を分圧するための分圧抵抗１０１及び１０２と、コンデンサ１０３と、入力電圧低下検出回路１０４とから構成される。コンデンサ１０３は、ノイズ等による所定時間未満の過渡的な電圧低下の検出を除外するために付加されている。入力電圧検出手段１００で検出された入力電圧の低下は、入力電圧伝達手段６を介してマイクロコンピュータ５０の入力ポート５６ｂに入力される。
【００２５】
被充電電池２の充電の開始または停止を指示する信号は、マイクロコンピュータ５０の制御プログラムに従って、その出力ポート５６ａより充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の制御入力へ供給される。スイッチング回路２０は充電制御信号伝達手段４の制御信号に従って充電の開始または停止を制御する。
【００２６】
マイクロコンピュータ５０、充電電流制御手段６０、及び電池温度検出手段９０等の電源またはバイアス電源は、商用交流電源１より電圧源を形成する定電圧電源７０によって供給される。この定電圧電源７０は、電源トランス７１、全波整流回路７２、３端子レギュレータ（ＩＣ）７３、平滑用コンデンサ７４及び７５、リセットＩＣ７６から構成される。
【００２７】
定電圧電源７０のリセットＩＣ７６は、電源投入時などにマイクロコンピュータ５０を初期状態にするために、リセット入力ポート５７にリセット信号を出力するものである。
【００２８】
次に、図１に示した本発明の実施形態について、図２に示したフローチャートを参照して、その動作を説明する。
【００２９】
スイッチ５９によって電源を投入すると、充電プログラムがスタートし、組電池２の接続待機状態となる。ステップ１０１に進み、電池パック２が充電装置に接続されたか否かを判断する。電池パック２を接続すると、マイクロコンピュータ５０は、電池パック２の接続を電池電圧検出手段４０から得られる信号により判別し、電池パック２の接続が確認されれば、次のステップ１０２へ進む。
【００３０】
ステップ１０２において、初期充電電流Ｉ０での充電を開始するために、マイクロコンピュータ５０は、その出力ポート５６ａより制御信号を出力して、充電電流設定手段８０を介して初期充電電流Ｉ１０を設定するための初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０を演算増幅器６２の反転入力端子へ与える。
【００３１】
次にステップ１０３において、マイクロコンピュータ５０の出力ポート５６ａより初期充電電流Ｉ０によって充電を開始させる充電開始信号を出力し、充電制御信号伝達手段４を介してその充電開始信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３へ入力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作状態にすることによって初期充電電流Ｉ０による充電を開始する。このとき、充電電流設定手段８０は与えられた初期充電電流Ｉ０に対応する初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０を演算増幅器６２に基準電圧として供給し、充電電流制御手段６０は、演算増幅器６２に供給された初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０に従って、電池パック２の充電電流を初期充電電流Ｉ０に制御する。
【００３２】
ここで、充電電流設定手段８０から与えられる初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０は、入力電圧検出手段１００によって検出される入力電源の電圧が低下していても十分に充電電流の供給が可能な値に設定する。
【００３３】
また、充電の開始と同時に、電池パック２に流れる充電電流を電流検出手段３によって検出し、この充電電流に対応する検出電圧と初期充電電流設定基準電圧ＶＩ０との差信号を、充電電流制御手段６０によって増幅し、充電電流信号伝達手段５を介して、ＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する。これによって、差信号の大きさに応じてＰＷＭ制御ＩＣ２３が発生する駆動パルス信号のパルス幅を変調する。その結果、スイッチング素子２２は、電池パック２の充電電流が大きい場合狭いパルス幅のパルス電圧（または電流）を、逆に、その充電電流が小さい場合広いパルス幅のパルス電圧（または電流）を高周波トランス２１に供給し、第２の整流平滑回路３０によってそのパルス電圧を平滑し、電池パック２の充電電流を一定に保持する。即ち、電流検出手段３、充電電流制御手段６０、充電電流信号伝達手段５、スイッチング回路２０、及び第２の整流平滑回路３０は、充電電流制御回路を構成し、電池パック２の充電電流が初期充電電流値Ｉ０になるように制御する。
【００３４】
初期充電の開始後、ステップ１０４に進み、マイクロコンピュータ５０は、入力電圧検出手段１００で検出した入力電圧、電池電圧検出手段４０で検出した充電中の電池電圧、及び電池温度検出手段９０で検出した電池温度のデータを一定時間で取り込むためにサンプリングタイマをスタートさせる。
【００３５】
ステップ１０５において、入力電圧伝達手段６に接続される入力電圧検出手段１００の出力を入力ポート５６ｂで読み込む。
【００３６】
次いで、ステップ１０６に進み、電源供給手段のスイッチング回路２０の入力電圧（第１の整流平滑回路１０の出力電圧）が低下しているか否かの判別を行う。判別の結果、ＮＯと判断された場合、即ち入力電圧の低下がなければ、ステップ１０７へ進む。
【００３７】
ステップ１０７において、入力電圧の低下がないので、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａにより充電電流設定手段８０を介して演算増幅器６２に印加される充電電流設定基準電圧値を所定値ＶＩ１０（以下、「基準電圧所定値」と称する）に設定し、電池パック２に所定の充電電流Ｉ１０（以下、「充電電流所定値」と称する）が流れるように充電電流制御手段６０を動作させる。充電電流設定手段８０により新しく設定された基準電圧所定値ＶＩ１０は、直ちに電流検出手段３により検出された充電電流に対応する電圧と比較され、その差を充電電流制御手段６０より充電電流信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかけ、電池パック２に流れる充電電流が充電電流所定値Ｉ１０になるように制御する。
【００３８】
また、ステップ１０６の判別の結果、ＹＥＳと判断された場合、即ち入力電圧検出手段１００によって入力電圧の低下が検出されれば、ステップ１０８に進む。
【００３９】
ステップ１０８において、被充電電池２の電池電圧を電池電圧検出手段４０の出力よりマイクロコンピュータ５０のＡ／Ｄコンバータ５５で取り込む。
【００４０】
次に、ステップ１０９で、入力電圧の低下、即ち入力電力の低下から判断して、電池パック２に充電電流所定値Ｉ１０を流せるか否かを判別する。ＹＥＳの場合、即ち充電電流所定値Ｉ１０を流すことが可能であれば、マイクロコンピュータ５０は、上記ステップ１０７の動作に進み、出力ポート５６ａによって、充電電流設定手段８０が演算増幅器６２に印加する充電電流設定基準電圧値を基準電圧所定値ＶＩ１０に設定する。この基準電圧所定値ＶＩ１０の設定に基づく充電電流制御手段６０の帰還作用によって、電池パック２の充電電流を充電電流所定値Ｉ１０に設定する。
【００４１】
ステップ１０９で、ＮＯと判断された場合、即ち充電電流所定値Ｉ１０での充電が不可能な場合、ステップ１１０に進む。
【００４２】
ステップ１１０において、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａによって、充電電流設定手段８０より演算増幅器６２に印加される充電電流設定基準電圧値を、上記した基準電圧所定値ＶＩ１０より低い基準電圧値ＶＩ０８に設定する。この低い基準電圧値ＶＩ０８の設定により、充電電流制御手段６０は、電池パック２の充電電流を充電電流所定値Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８に設定する。即ち、充電電流設定手段８０により新しく設定された充電電流設定基準電圧値ＶＩ０８は演算増幅器６２によって直ちに電流検出手段３により検出された充電電流に対応する電圧と比較され、その差信号は充電電流制御手段６０より充電電流信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還され、電池パック２を充電電流所定値Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８で充電する。
【００４３】
ここで、充電電流所定値Ｉ１０は被充電電池２（電池パック）の種類によって異なり、被充電電池２の特性に適した充電電流値に選択される。本発明によれば、上述より明らかにされるように、商用交流電源１の電圧変動等の理由により、充電装置の入力電圧（第１の整流平滑回路１０の出力電圧）が低下した場合、充電装置（第２の整流平滑回路３０）の出力を停止させることなく、入力電力が許容する出力電力の範囲において、充電電流を低下させて電池パック２の充電を継続させるものである。
【００４４】
充電に適した充電電流Ｉ１０より低い充電電流Ｉ０８の設定は、充電装置の入出力特性により定めることができる。例えば、図３に示すような入出力特性をもつ充電装置の充電電流を設定する場合を考える。充電電流所定値Ｉ１０が１０Ａ、電池電圧が約１０Ｖの電池パック２を充電しようとする場合、スイッチング回路２０の入力電圧が１００Ｖの時の出力電力は１００Ｗである。入力電圧が低下して８０Ｖとなった時の出力電力は８０Ｗとなるので、入力電圧が１００Ｖである時には、充電電流を所定値（Ｉ１０）の１０Ａ（＝１００Ｗ／１０Ｖ）に設定することが可能である。一方、入力電圧が低下して８０Ｖになると、許容電力は８０Ｗとなるので、充電電流を所定値１０Ａより低い値（Ｉ０８）である８Ａ（＝８０Ｗ／１０Ｖ）に設定することができる。
【００４５】
もし、同じ充電装置により被充電電池２の電池電圧が８Ｖで、充電電流所定値Ｉ１０が１０Ａの他の電池パックを充電しようとする場合、入力電圧が８０Ｖに低下したときも、（８０Ｗ／８Ｖ＝１０Ａ）より１０Ａでの充電が可能であるので、充電電流を低い電流値（Ｉ０８）に再設定する必要はない。即ち、入力電圧の低下があっても充電電流所定値Ｉ１０で充電を継続することができる。このように、予め充電装置の入出力特性に対応させて入力電圧低下時の限界充電電流をマイクロコンピュータ５０のＲＯＭ５２に記憶させることにより、入力電圧の低下に応じて充電電流を設定することができる。
【００４６】
ステップ１１１において、ステップ１０４でスタートさせたサンプリングタイマが所定時間経過したか否か判別する。ＹＥＳの場合、即ち、所定時間経過したと判断した場合、ステップ１１２で再度サンプリングタイマをスタートさせる。
【００４７】
次いで、ステップ１１３において、電池温度検出手段９０の分圧用抵抗９２の分圧電圧値をＡ／Ｄコンバータ５５によってＡ／Ｄ変換し、電池温度をマイクロコンピュータ５０に取り込む。
【００４８】
更に、ステップ１１４に進み、電池パック２の充電中の電池電圧を、電池電圧検出手段４０の分圧用抵抗４１及び４２で分圧し、その分圧値をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池電圧をマイクロコンピュータ５０に取り込む。ここで取り込まれた電池温度及び電池電圧は、マイクロコンピュータ５０のＲＡＭ５３に、サンプリング時間ごとに記憶され、次のステップ１１５の満充電処理に用いられる。
【００４９】
ステップ１１５において、電池パック２は満充電されたか否かを判別する。満充電の判別法については、周知の種々の検出方法が採用できる。例えば、電池電圧検出手段４０の出力に基づいて電池電圧が充電時のピーク電圧から所定量降下したことにより満充電と検出する周知の「−ΔＶ検出」方式を採用できる。また、他の方式として、電池電圧がピークに達する前に充電を停止させるために、電池電圧の変化を時間による２階微分値を求め、その値が負になった時を満充電と検出する「２階微分検出」方式や、電池温度検出手段９０の出力に基づいて充電開始からの電池パック２の温度上昇を検出し、所定の温度上昇以上になった時を満充電と検出する「ΔＴ検出」方式を採用できる。なお、充電時の所定時間当りの電池温度上昇（温度勾配）を検出し、その温度上昇が所定値以上になった時を満充電と検出する「ｄＴ／ｄｔ検出」方式については、例えば、特開昭６２−１９３５１８号公報、特開平２−２４６７３９号公報、実開平３−３４６３８号公報及び特開２００１−１６９４７３号公報等に記載されており、それらの技術を本発明に採用できる。
【００５０】
ステップ１１５において、電池パック２が満充電と判別されれば（ＹＥＳの場合）、ステップ１１６に進み、マイクロコンピュータ５０は、出力ポート５６ａより充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達し、充電を停止させる。
【００５１】
次いで、ステップ１１７へ進み、電池パック２が充電装置より取り出されたか否かを判別する。電池パック２の取り出しを判別したら，ステップ１０１に戻り、次の充電の待機状態となる。
【００５２】
ステップ１１５において、電池パック２が満充電でないと判別した場合、再度ステップ１０５からの再処理を行う。
【００５３】
以上の説明より明らかにされるように、本発明によれば、建築現場等の充電装置に給電
する入力電源の電圧変動が激しい電源環境でも、充電装置の入力電圧を検出し監視することにより、入力電圧が低下しても適切な充電電流値あるいは出力電力での充電が可能となる。そのため、充電装置の発熱も未然に防止できる。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る充電装置の一実施形態を示すブロック回路図。
【図２】本発明に係る充電装置の一実施形態の動作フローチャート。
【図３】本発明に係る充電装置の一実施形態の入出力特性を示すグラフ。
【図４】従来例に係る充電装置の入力電圧低下による出力電力低下を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５６】
１：商用交流電源      ２：組電池（電池パック）      ２Ａ：素電池（セル）
２Ｂ：感温素子（サーミスタ素子）      ３：電流検出手段
４：充電制御信号伝達手段      ５：充電電流信号伝達手段      ６：入力電圧伝達手段
１０：第１の整流平滑回路      １１：全波整流回路      １２：平滑用コンデンサ
２０：スイッチング回路      ２１：高周波トランス（降圧用トランス）
２２：ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）  ２３：ＰＷＭ制御ＩＣ（駆動信号制御手段）
３０：第２の整流平滑回路      ３１、３２：整流用ダイオード
３３：チョークコイル      ３４：平滑用コンデンサ      ４０：電池電圧検出手段
４１、４２：分圧用抵抗      ５０：マイクロコンピュータ（設定値制御手段）
５１：中央処理装置（ＣＰＵ）      ５２：ＲＯＭ      ５３：ＲＡＭ
５４：タイマ      ５５：Ａ／Ｄコンバータ      ５６ａ：出力ポート
５６ｂ：入力ポート      ５７：リセット入力ポート      ５８：内部バス（ＢＵＳ）
５９：電源スイッチ      ６０：充電電流制御手段      ６１、６２：演算増幅器
６３、６５：演算増幅器の入力用抵抗      ６４、６６：演算増幅器の帰還用抵抗
７０：定電圧電源      ７１：電源トランス      ７２：全波整流回路
７３：３端子レギュレータ      ７４、７５：平滑用コンデンサ
７６：リセットＩＣ      ８０：充電電流設定手段      ９０：電池温度検出手段
９１、９２：分圧用抵抗      １００：入力電圧検出手段
１０１、１０２：分圧用抵抗      １０３：コンデンサ
１０４：入力電圧低下検出回路